FACULTAD DE INGENIERIAESCUELA PROFESIONAL DE AGRONOMÍA

CURSO: SEPARATA DE CONSTRUCCIONES RURALES

DOCENTE: Mg. LUCIO MARTINEZ CARRASCO

ABANCAY – APURIMAC2016

CAPITULO I 1.- INTRODUCCIÓN

El presente trabajo está presentado para la formación de los estudiantes de Ingeniería, además para las personas que tienen que ver con los diferentes problemas en la producción de los materiales de construcción, y la aplicación de la tecnología para realizar construcciones y estructuras rurales.

Teniendo en cuenta que la Tecnología de los materiales de construcción forma parte de toda obra constructiva, desde la elección de los materiales hasta el colocado de estos como acabado o terminado de la misma edificación.

En la Región Sur oriente del país existen varias fábricas de materiales de construcción y que estos productos sometidos a las diferentes pruebas de control de calidad en el laboratorio de materiales de construcción arrojan resultados bajos y algunos de las recomendaciones mínimas de los diferentes reglamentos, lo que demuestran una distancia apreciable en la tecnología de los países desarrollados con la del nuestro, que en muchos casos estas fábricas se encuentran en manos de los empíricos a la producción, por lo que considero que es un deber de los profesionales en particular de los Ingenieros de trabajar en pro de la búsqueda de una tecnología propia.

1.2 CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES: Los materiales de construcción se clasifican de la siguiente manera:

A) Según las funciones que desempeñan en la obra, se pueden clasificar en:1) Principales o resistentes.- Son materiales de construcción que

no puede ser sustituido por otros que no tengan las mismas características, ejemplo: la tierra para la fabricación del adobe, la madera, el fierro corrugado, la piedra, etc.

2) Aglomerantes o Aglutinantes.- Son productos por lo general elaborados que permiten reunir en una sola masa a varios elementos y que una vez fraguado o secado, su comportamiento es monolítico, frente a los esfuerzos exteriores, ejemplos

De aglomerantes: Yeso, cal, cemento, etc. De aglutinantes: Asfalto, alquitrán, brea, etc.3) Auxiliares: Son productos fabricados para la implementación de

las construcciones, ejemplo: el Vidrio, pinturas, accesorios para la instalación eléctrica, sanitarios, carpintería, etc.

B) SEGÚN EL ORDEN EN QUE INTERVIENEN EN LAS OBRA. El proceso constructivo y finalmente en la edificación, existen

materiales que han sido usados en más de una oportunidad, ya sea en los elementos estructurales como en los acabados o terminados de la construcción: ejemplo la grava es el material que se usa en las cimentaciones, columnas, losas, etc. El fierro corrugado es usado en la fabricación de los cimientos, columnas, vigas, escaleras, etc.

C) CLASIFICACION GENETICA Esta clasificación permite ordenar los materiales según su origen o

clase al que pertenecen, permite estudiar sus propiedades a través de ensayos y análisis de laboratorio lo que permite ordenar de la siguiente manera:

1.- MATERIALES PETREOS NATURALES Son materiales de construcción, que se encuentra a flor de tierra o oca profundidad y que para ser

usado requieren de simples modificaciones. Por lo general es la reducción del volumen zarandeado, lavado etc. Ejemplo la roca, grava, puzolana.

2.- MATERIALES PETREOS ARTIFICIALES Son materiales fabricados por el hombre para sustituir a los materiales pétreos naturales que no

se encuentran en el lugar por características geológicas de la región, es el caso de nuestra selva, en el que no se encuentra agregados o inertes para la fabricación del concreto, pero es posible fabricar cascotes que viene hacer bloque de arcillas coccionadas hasta el estado de vitrificación.

3.-MATRIALES AGLOMERANTES Son productos para agrupar o reunir en un solo conjunto o masa que posteriormente tendrá un

mismo comportamiento o respuestas a solicitaciones o exigencias exteriores ejemplo arcilla, yeso, cal, cemento, etc.

4.- MATERIALES AGLUTINANTES Son productos carbonados que permiten agrupar con inertes o agregados una vez enfriados o

secados, adquiriendo un mismo comportamiento a respuestas a solicitaciones exteriores , pero tiene una serie de inestabilidad al incremento de la temperatura a la presencia de disolventes ejemplo:

asfalto, alquitrán, brea, etc.5. MATERIALES AGLOMERANTES ARTIFICIALMENTE Son materiales producidos o fabricados a pie de obra o en fabricas a base

de aglomerantes y aglutinantes, ejemplo broquetas de cemento para muros y losas aligeradas, mosaicos de pasta o de grano.

6.- MATERIALES METALICOS Son materiales producidos en fabricas de acuerdo a normas o reglamentos

de construcción ejemplo: el fierro corrugado de construcción, fierros laminares, fierros de diferentes perfiles, el aluminio, también de diferentes perfiles, el plomo, cobre, etc.

7.-MATERIALES SINTETICOS Son productos de fabricas con diferentes patentes , que sirven para

proteger los diferentes materiales de la edificación ejemplo: las pinturas, barnices, lacas, etc.

8.-MATERIALES PLASTICOS La construcción requiere de materiales aislaos que necesariamente son

producidos en fabricas, para las instalaciones eléctricas o sanitarios, accesorios acabados, etc.

9.- MATERIALES ORGANICOS La naturaleza nos brinda materiales orgánicos y que por lo general tiene estabilidad

molecular o celular porque debido a la presencia de humedad comienza un estado de putrefacción, ejemplo de ello se tiene, la paja, la madera, él corcho, etc.

10.- MATERIALES VITREOS Producto del coccionamiento de sílice, potasa o sosa y pequeñas cantiddes de otras

bases. Tiene un brillo especial es insoluble en casi todos los cuerpos conocidos y fusible a elevada temperatura. Es suceptible a coloración permanente por la aplicación de los diferentes óxidos metálicos. Ejemplo diferente tipos de vidrio.

11.-MATERIALES CERAMICOS Son productos arcillosos coccionados que previamente la arcilla ha sido amasado moldeado y secado en forma industrial o artesanal, ejemplo ladrillo, teja, mayólica, sanitarios, accesorios electricos, tubos de saneamiento.

12.-MATERIALES LIQUIDOS NATURALES Específicamente no referimos al agua para los diferentes trabajos que se

realizan en construcción, para su uso deberá ser controlado su grado de acidez y su posible potabilización.

CAPITULO IIMATERIALES AGLOMERANTES Y AGLUTINANTES2.- MATERIALES AGLOMERANTES Y AGLUTINANTES En la construcción se designa

con el nombre de aglomerantes a los materiales que mezclado con agua se disuelven y pasan a un estado plástico, fenómeno realizado en el periodo de fraguado que concluye en el secado, alcanzando ciertos grados de resistencia mecánica.

Se conoce como aglutinantes a los materiales que requieren de solventes o cambios de temperatura para hacerse fluido y una vez secados o enfriados obtienen el mismo comportamiento o resistencia mecánica a las exigencias o solicitudes exteriores. En raras ocasiones estos materiales se usan en estas condiciones, es decir como morteros simples, en forma fraccionada o pulverizada por razones técnicas y económicas que después se expondrán al abordar el tema de mezclas o argamasas.

2.1.CLASIFICACIONES Los aglomerantes y aglutinantes se clasifican de acuerdo a la reacción o comportamiento que tiene el agua:

1.- MATERIALES AGLOMERANTES AEREOS Son los que endurecen y fraguan expuestos al intemperismo o al aire,

originando morteros con muy poca o nada de resistencia al contacto del agua. Ejemplo el yeso, la cal, magnesio etc.

2.- MATERIALES AGLOMERANTES HIDRAULICOS Son aquellos que endurecen y fraguan en forma pétrea tanto en el aire como

en el agua. Pertenecen a este grupo las cales hidráulicas y los cementos. Se incluyen las puzolanas que aun por si solas no endurecen o fraguan, pero

que mezclados con cales dan origen a productos hidráulicos. Los aglomerantes aceros e hidráulicos son cuerpos solidos finamente

pulverizados que a reaccionar con el agua endurecen en un tiempo relativamente corto.

Cuerpos cristalinos capaces de aglomerara diversos cuerpos pétreos metálicos, inclusive orgánicos, por los que se denomina HIDROFILOS.

3.- MATERIALES AGLUTINANTES HIDROCARBURADOS Los aglutinantes están constituidos por hidrocarburos en estado líquido y

viscoso que endurecen por evaporación del solvente o enfriamiento del mismo material.

Los aglutinantes hidrocarbonados requieren del solvente o ser calentados a cierta temperatura para su fácil extensión, consolidándose al poder su viscosidad, formando estructuras coloidales rígidas, por lo que se les conoce como HIDRO-FOGOS.

2.2. BOSQUEJO HISTORICO DE LOS MATERIALES DE CONSTRUCCION El primer material de construcción aglomerante empleado por el hombre

fue la arcilla por haberse encontrado construcciones primitivas hechas con tapiales (arena arcillosa) y adobes. En Asiria Babilonia emplearon ladrillos y betún como aglomerantes, dado su proximidad al mar muerto.

Los Egipcios utilizaron el barro arcilloso del rio Nilo para morteros, de los adobes y el yeso, y después la cal en sus monumentales construcciones pétreas, como la pirámides.

Se atribuye a los griegos el empleo de la cal, grasa, luego los Romanos puzolanas, con los que hicieron sus obras publicas como los acueductos y puertos, que extendieron por su Imperio y han perdurado hasta nuestros días.

Los incas usan la arcilla para la fabricación de sus adobes, el yeso como aglomerantes de arena y grasa. Impermeabilización de sus pequeñas embarcaciones, en el mantenimiento del fuego sagrado.

La humanidad no empleo otras aglomerantes hasta que a fines del siglo XVIII Smeaton observo las propiedades hidráulicas de las calizas arcillos. A principios del siglo XIX.

Se fabricaron los primeros cementos y cales hidráulicos por Parker en Inglaterra y Vical en Francia, habiéndose hecho desde entonces, ininterrumpidamente, el descubrimiento y fabricación de los actuales cementos. Los aglutinantes hidrocarbonados no sean empleados en cantidades hasta fines del siglo XIX en que se les utilizo en la pavimentación de las calles y carreteras.

CAPITULO II 2.3. YESO

2.3.1.BOSQUEJO HISTORICO El yeso es el aglomerante artificial más antiguo conocido por la humanidad, según las investigaciones practicadas en las construcciones más remotas, se empleó en Egipto en las construcciones de las pirámides y monumentos funerarios.Los griegos y romanos usaron en las construcciones de sus monumentos como bloques y morteros.Los árabes demostraron mejor dominio en el uso y fabricación del yeso, lo usaron en los elementos decorativos como estuco y revestimiento de los muros.Los Incas lo llamaron PACHAS y lo obtiene chancando la piedra yesera coaccionada, y cuando deseaban mejorarlo, lo sometían a zarandeos a través enchaclados de cañas de la Región, su uso fue más como aglomerantes de grava, cuya mescla les permitía rellenar los vacíos que se formaban entre muros de adobe.

2.3.2. DEFINICIÓN El yeso es el producto resultante de la deshidratación parcial o total de la

piedra yesera o algez, y que para su uso es reducido a polvo, amasado con agua recupera el agua de cristalización para luego endurecer y fraguar.

2.3.3. ESTADO NATURAL La materia prima de yeso de construcción se encuentra en abundancia

en la naturaleza en los terrenos sedimentarios por lo que es completamente sencillo encontrar canteras de yeso en nuestra región. La presencia de la piedra yesera es de 3 formas:La anhidrita (CaSO4.1/2H20)Semihidratado (CaSO4).1/2H20)El algez o piedra yesera (CaSO4).1/2H20)La anhidrita se encuentra en la naturaleza como un cuerpo de color blanco o incoloro cuando es pura y con colaboración como el azul, gris, amarillo rojizo cuando van acompañados de impurezas como el óxido de fierro, sílice, y arcillas cristalizas en el sistema rómbico.Su densidad es igual a 2.46 y su dureza igual a 3 de la escala Mohs. Su estructura es compacto y sacaroide, tiene avidez por el agua con lo que se convierte en el yeso o algez produciendo además el incremento de su volumen desde 30-50% manifestándose en diferentes tipos de transtornos en los estratos terrestres que los contiene.

79.07% de sulfato de cal anhidro y 20.93% de agua 100 % piedra yesera

Es soluble en el agua, por ejemplo:1 litro de agua disuelve 2.22 gr. a 0 °C1 litro de agua disuelve 2.65 gr. a 37 °C1 litro de agua disuelve 2.05 gr. a 0 °CSe presenta cristalizado en el sistema monoclínico y con estructuras distintas proporcionados las siguientes clases:

1.- YESO FIBROSO Cristaliza en fibras sedosas confusamente enlazadas del cual se obtiene un

yeso de calidad para mezcla, su extracción es de carácter artesanal.2.- YESO ESPEJUELO

Su estructura está formado por cristales voluminosos, con exfoliación fácil en forma de láminas delgadas y brillantes, el yeso obtenido es propio para estucos y modelados encontrados en muy poca cantidad en nuestra región.

3.- YESO EN FLECHA Su estructura está formado por la cristalización en formas de puntas

de lanzas y de el se obtiene un yeso propio para el vaciado de objetos finos o delicados.

4.- YESO SACARINO Su estructura es compacta y de grano muy fino recibiendo el

nombre de ALABASTRO por su calidad, se selecciona la piedra para decoración y escultura, ya que acepta el labrado fino o la pulimentacion. Es resistente a la acción de los ácidos lo que le diferencia del alabastro caliza.

5.- YESO CALIZO Contiene un 12% de carbono de calcio y se le considera como la

piedra ordinaria de yeso, de ella se obtiene un yeso de construcción que endurece mucho después del fraguado, este tipo de yeso existe en nuestra zona con mayor abundancia que el primero.

2.3.4 CARACTERISITICAS DE LA PIEDRA YESERA 1.- Es una roca sedimentaria 2.- Cristaliza con 2 moléculas de agua 3.- Su fórmula química es : CaSO4 2( H2O) 4.- Su dureza es de 2 de la escala Mhos. Por lo que puede ser arañado

con la uña. 5.-Su estructura es laminar generalmente por ser sedimentaria y en

algunos casos es granular. 6.- Su color es blanco, gris, rojizo, etc. De acuerdo a las impurezas

que contengan. 2.3.5 YESO DE CONSTRUCCION De acuerdo a las experiencias realizadas en laboratorios por VAN

THOFF el sulfato de calcio bihidrico CaSO4 2( H2O) reacciona al incremento de la temperatura de la siguiente forma:½ molécula de agua esta combinada débilmente. Y ½ molécula de agua esta combinada fuertemente.La expulsión del agua del bihidrico se hace en dos etapas :

1.- En la primera etapa se desprende la molécula y media, débilmente combinada obteniéndose el semihidratado o yeso de estuco: CaSO4 1/2( H2O).

2.- En la segunda etapa se va perdiendo la media molécula fuertemente combinada obteniéndose distintos yesos de construcción. Además precisa a los 170 °C se produce una transformación rápida de la piedra de yeso en semihidratado y agua.

2CaSO4 2( H2O) + 2CaSO4 2( H2O) + 3H20 Si se aumenta la temperatura hasta lograr el desprendimiento total de agua

fuertemente combinada, se obtiene durante el proceso, diferentes yesos de construcción.

Realizada la misma experiencia pero con mayor detalle por GLASENAPP obtiene los siguientes resultados: 1.- A la temperatura ordinaria o del medio ambiente, se obtiene la piedra

yesera o sulfato de calcio semihidratada. 2.-A los 107 °C formación del sulfato de calcio semihidratado:

2CaSO4 2(H2O).3.- De 107 °C a 200 °C desecación del semihidrato, con fraguado más rápido

que el anterior siendo este tipo de yeso el que se obtiene en la región debido al tipo de coccionamiento se le da en las huaironas.

4.- De 200 °C a 300 °C se obtiene yeso con ligeros residuos de agua. Lo que permite tener un fraguado aparentemente rápido, y con una resistencia prácticamente nula.

5.- De 500 °C a 700 °C se obtiene el yeso anhidro o extra cocido (SO4 CA) cuya fragua es completamente lento o casi nulo, por lo que se le conoce como el yeso muerto, y en términos de los morteros de construcción es el yeso que no arma.

6.- De 750 °C a 800 °C empieza a formarse el yeso que tendra propiedades hidráulicas.

7.- De los 800 °C se obtiene el yeso hidráulico normal. Usado en los países industrializados en pavimentos.

8.- De 1000 °C a 1400 °C se obtiene el yeso hidráulico con mayor proporción al aire libre, lo que permite tener un secado mucho mas rápido que las anteriores.

2.3.6 PREPRACION Y FABRICACION DE LOS YESOS VIVOS La fabricación o presentación de los yesos vivos, tiene las siguientes

actividades: 1.- EXTRACCION Se hace por los procedimientos corrientes, a cielo abierto o en

galerías , según sea la disposición de la cantera , y como es roca dura, se utilizan explosivos de poco poder con herramientas manuales, siempre tratando de obtener de volúmenes pequeñas para facilitar el trabajo.

2.- TRITURACION Por lo general las piedras obtenidas no son de diámetros

recomendados para el trabajo de hornos y poder tener una cocción uniforme, es por esta razón que los volúmenes obtenidos sean reducidos, en el caso para las huayronas de la Región que en el diámetro mas recomendado es de 4 pulgadas, una de las maneras de reducir su volumen es desbarrancar de la misma cantera al horno, y de esta manera se hace el transporte del material.

3.- COCCION El objetivo del coccionado es la deshidratación de la piedra yesera o algez lo que es posible

en diferentes tipos de hornos, siendo los principales : a.- PROCEDIMIENTOS EN CALDERAS Para el coccionado del yeso es necesario pulverizar la piedra yesera, debido al

mecanismo y funcionamiento de las calderas. b.- PROCEDIMIENTO DE HORNOS ROTATOTIOS Son cilindros mecánicos de 1.50 ml de diámetro y 10 ml de largo inclinado con respecto

a la horizontal y de tal forma que en el interior las piedras se deslicen suavemente hacia el extremo inferior, donde se encuentra la boca de salida.

c.- PROCEDIMIENTO DE VAPOR DE AGUA A PRESION El material fragmentado se coloca en una bandeja, que se aplican unas encima de otras

en una vagonetas y se introducen en cámaras o en autoclaves , en la que se inyectan vapor de agua a presión.

Terminado la cocción se arrastra el vapor de agua por corrientes de aire, secándose las vagonetas.

Este procedimiento es muy económico y si se parte las piedras escogidas, los productos son muy buenas.

d) PROCEDIMIENTO DE LAS HUAYRONAS El nombre de este horno viene de la palabra quechua que significa viento. Esta constituido de adobe, sobre cimentaciones de piedra, tiene la forma

de un cono truncado , estando la base mayor en la superficie del suelo, tiene una puerta relativamente pequeña en la parte inferior que servirá posteriormente como acceso de los materiales y del material combustible, en su parte inferior tiene a manera de refuerzos barras de fierro que permitirá el colocado de la materia prima. El material o piedra yesera se coloca o se arma en forma de una bobeda inicialmente , con las piedra de mayores dimensiones puesto que estarán mas cerca de la hoguera y las piedra de mayor dimensión se ubican hacia los extremos, estos hornos como combustibles usan de leña, chamis, carbon mineral, y en el mejor de los casos petróleo.

4.- MOLIDO O PULVERIZACION Esta actividad con yeso crudo como cocidos resulta costosa por ser

laboriosa, porque el yeso se puede hacer en diferente tipos de molinos que son:

a) MOLINO DE MARTILLOS Consiste en un cilindro metálico y provisto de un eje longitudinal

metálico del cual extiende en forma radial varios martillos , se giraran por el movimiento de rotación que tiene dicho eje lo que permite moler el material que se ha cargado en el cilindro a través de abertura superior, finalmente se descarga por la puerta inferior . Este tipo de molino tiene resultados aceptables, cuando el yeso al molerse es cocido.

b) PULVERIZADORAS Una vez que ha sido reducido a pequeños fragmentos con las

machacadoras pulverizan con los desintegradores o molinos giratorios: Las pulverizadores están constituidos de dos muelas, dispuestas

horizontalmente encima de otra, estando una de ellas, generalmente la superior fija y siendo móvil la maquina inferior. Este tipo de molino es muy apropiado para la pulverización, hasta un grado extra de finura de materiales blandos, como los colores empleados en pinturas.

5.- ENVASE Es necesario proteger el producto del medio ambiente o de la

humedad por su avidez de agua, porque producido esta absorción prematura del agua hace que comience a fraguar el material prematuramente a la formación de los morteros.

2.3.7YESOS DE CONSTRUCCION En el proceso de fabricación se producen las deficiencias

siguientes:• La forma del horno no permite que las piedras estén

equidistantes• La variedad del diámetro o volumen de las piedras a

coaccionarse• La falta o exceso de temperatura para el cocciomiento, no

permite un cocciomiento uniforme, existirá una porcion extra cocida, normalmente coccionada y otra que falta coccionar originando anhidra bihidratos reaccionando entre si.

3SO4CA+SO4CA.2H2O= 4SO4 1/2H2O, 5230 caloríasPor consiguiente +Hemihidrato >poder aglomerante.La anhidrita y el dihidrato actuan como inertes, lo que permite clasificar en: YESO ESCAYOLA- tiene 80% en peso de hemihidrato.YESO BLANCO – tiene 60% como mínimo hemihidratado.YESO NEGRO-tiene 50% mínimo de himihidratado YESO CERNIDO- es el tamizado en el escayola.

2.3.8 FRAGUADO DEL YESOEsta propiedad de los aglomerantes amasados con proporción conveniente de agua, forman en un tiempo mas o menos variable, pero relativamente corto, una masa solidad dotada de coherencia suficiente para ser aprovechado con determinados fines.El fenómeno del fraguado se inicia desde el momento en que se vierte el agua para el amasado, transformación química, saturación y cristalización.En este proceso, ademas se puede observar el desplazamiento del calor, lo que determina ser una reacción química exotérmica y que esta temperatura pueda alcanzar hasta 20 ºc y el otro fenómeno es que el yeso aumenta el volumen al fraguar. El tiempo de fraguado se considera de 16-18 minutos , en nuestra Región de acuerdo a las pruebas realizadas alcanza de 14-16 minutos . Este tiempo de fraguado puede ser controlado o regularizado a través de aditivos orgánicos o productos químicos: Acelerantes.- Alumbre, cloro de sodio.Retardadores.- Glicerina, harinas,azucar,alcohol, cola de carpintero, sabia de gigantón.

2.3.9 USO DEL YESO EN LA CONSTRUCCIÓN El uso del yeso en la construcción es múltiple, por lo que puede

agrupara de la siguiente manera: 1.- LECHADA DE YESO Llamado agua de yeso , es la mescla del agua en exceso con el

yeso, se usa para afinamiento de los estucos, para el pintado etc. 2.- ESTUCADOS Que viene hacer revestimientos de los muros interiores y

exteriores, cielo raso, estos estucados se le conoce con el nombre de empastados o enlucidos.

3.- EN LA CONSTRUCCION DE TABIQUE Y ESTRUCTURAS CIRCULARES Formado por encañados de caña, carrizo, bambú, poca tirillas de

madera o vigas, construcción de tabiques con uso de alambre galvanizado y clavos para evitar que se oxiden por la agresividad que tiene el yeso a los materiales.

4.- el yeso es considerado como material incombustible porque puesto en contacto con el fuego, desprende vapor de agua, cuyo fenómeno se puede incrementar con el aumento del alambre.

5.- Cuando se quiera aumentar la resistencia a los golpes o compresión se le agrega en la mescla material como la cal, cemento, arena, viruta o aserrin de maderas fibras vegetativos, pelos etc.

2.3.10 ESPECIFICACIONES TECNICAS PARA SU EMPLEO 1.- PARA SU EMPLEO

Volumen del yeso vivo 1.2 m3 por 1000kg. Tiempo de fraguado 16 a 20 minutos Volumen máximo de agua para preparar morteros 60% del

volumen de yeso vivo. Grado de fineza o molturación pasan la malla 14 no menos del

40% ni mas del 75%, pasa la malla 100. Resistencia a la compresión, esta en función a la cantidad del agua

que prepara el mortero. Resistencia a la tracción, esta en función de la finura del yeso.

2.- PARA PRESUPUESTO Aporte del yeso como estuco en enchaclado de carrizo partido, es 15

kg por m2. Para estuco 1.5 a 2 cm. De espesor . 18kg/m2 Aporte del yeso para techo aligerado con mortero simple es de 13 kg

por m2. Para empastado, sobre enfoscados o tarrajeo primario con un

espesor de 5 mm. Debe considerarse 7 kg/m2.

2.4 LA CAL 2.4.1 DEFINICION La cal es un producto resultante de la cocción de rocas calizas que

son carbonatos cálcicos o carbonatos de calcio. Si estas son puras y se calientan a temperaturas superiores a los 900 °C, se produce la siguiente reacción:

CO3 CA calor …….. Ca0+C02 El carbonato de cálcico (Ca C03), se compone , dando origen al

anhídrido carbónico (C02) que es gaseoso y se desprende junto con los humos del combustible y el otro producto descompuesto en el oxido de calcio (Ca0) o cal viva.

2.4.2 DESCRIPCION Las piedras de cal o calizas naturales, abundan en nuestra Región

debido a su origen marítimo por lo que casi nunca se encuentra puras, es decir en forma de carbonato cálcico, si no azufre, álcalis, materias orgánicas y que en el proceso de cocción influyan y le dan ciertas características al producto.

El carbonato de cálcico se presentan en la naturaleza en diferentes formas como son:• Aragonita . Espato de Islandia • Calcita . Estalactitas y Estalacmitas• Caliza . Mármol

Creta . Piedra Litográfica etc.2.4.3 CLASIFICACION DE LA CAL La cal es posible agrupar con respecto a diferentes reacciones o

características propias del elemento. 1.- POR LA ACCION DEL AGUA : se clasifica en: cal viva y cal apagada a) Cal viva : Es una sal blanca , amorfa, muy inestable , pues posee

gran avidez por el agua cristalizada en el sistema regular cuando se funde a 2570 °C con un peso especifico 3.18 a 3.40 según sea cocida a baja o alta temperatura.

Ca0+H20 …………….Ca(H0)2 o cal apagada, desprendiendo calor, cuya temperatura puede llegar hasta 160 °C, pulverizándose y aumentan considerablemente el volumen. Esta avidez para la cal

b) Cal apagada: El hidróxido cálcico es un cuerpo solido, blanco, amorfo, pulverulento, soluble en agua.

1000 litro de agua a 20 °C disuelve 1.23 gramos de hidróxido de calcio tomando el agua un color blanco ( agua de cal o lechada) y mayores cantidades forma con ella un mortero trabajable fluida y untuosa llamada cal apagada.

La cal apagada en pasta tiene la propiedad de endurecer lentamente expuesto al intenperismo, enlazando los cuerpos solidos, motivo por el que se emplea como aglomerante, este endurecimiento recibe el nombre de fraguado, debido primeramente a una desecamiento por evaporación del agua en lo que se formo la pasta, y después a una carbonatación existe absorción del anhídrido carbónico de aire es decir:

Ca (H0)2 + C02 ………. C03 Ca+H20 Formando carbonato cálcico mas agua, reconstituyendo la caliza de la que se

partió. La reacción es lenta, empieza, al entrar en contacto con el agua y haber sido

amasado toma consistencia en no menor de 6 meses. Se debe trabajar con este mortero en ambiente secos porque de lo contrario

tarda mas tiempo en su fraguado, por lo que no debe usar en obras hidráulicas.

El fraguado experimenta contracción o disminución de volumen y mas aun con el peso de las obras , lo que se manifiestan en asentamientos y por ello las rajaduras de muros.

2.- POR EL MODULO DE FINEZA : Se clasifica en : Cal grasa, Cal árida o magra. a) CAL GRASA Si la caliza contiene hasta un 5% de arcilla, se le denominara cal grasa, y

al apagarse da una pasta fina trabada y untuosa, blanca que aumenta mucho de volumen y fuera del contacto del aire, en el agua es soluble.

Se llama rendimiento de una cal a la relación, entre el volumen resultante de la pasta y el volumen primitivo de la cal viva. Una buena cal grasa aumenta hasta en tres veces sus volúmenes, es decir de 100 litros cal se obtiene 300 litros de pasta.

b) CAL ARIDA O MAGRA Son los que proceden de caliza que aun teniendo menos de 5% de

arcilla tiene además, magnesio en proporción superior al 10% al añadir agua forma una pasta gris poco trabada , su endurecimiento es menor y desprende mas calor que las sales grasas.

Al secarse en el aire se reducen a polvo y en el agua se disuelven, por estas malas cualidades no deben usar en la construcción.

3.- POR SU CARACTERISTICA QUIMICA Se clasifica en: Cal dolomítica, cal hidráulica. a) CAL DOLOMITICA: Se obtiene de las calizas en que la proporción del oxido

de magnesio es superior al 25% , razón suficiente para no usarlo en la construcción.

b) CAL HIDRAULICA: Proceden de la calcinación de las calizas que contiene mas del 5% de arcilla dando un producto que reúne además de las propiedades de las cales de grasas , la de poder endurecer y consolidar, es decir fraguar en sitios húmedos y debajo del agua.

4.- POR EL REFINAMIENTO INDUSTRIAL Por el proceso de refinamiento, toma otro nombre y es el cemento y se

clasifica en : Cemento Grappier, Cemento Lafargo. a) CEMENTO GRAPPIER Es el proceso de apagado de las cales hidráulicas que se hacen presente ,

cuerpos solidos, por lo que es necesario un proceso de cernido, antes de la molienda, para recoger lo pedazos o cuerpos poco o muy cocidos.

Los cuerpos poco cocidos son de mayores volúmenes, los recocidos son de color gris verdoso debido que la arcilla contenida ha sufrido un principio de vitrificación.

b)CEMENTO LAFARGO Es un producto muy similar al anterior variando el procedimiento de los

elementos recocidos, estos son muy utilizados en los países Europeos y en Estados Unidos de norte América.

2.4.4 CALES HIDRAULICOS Vical, descubrió las cales hidráulicas al observar que si la caliza primitiva

contiene del 8 al 20% de arcilla, el producto resultante de la cocción , reducido a polvo tiene propiedades hidráulicas y esto se debe a que la cocción produce los siguientes fenómenos:• Hasta los 110 °C se evapora el agua de cantera.• Hasta los 700 °C empieza a descomponerse los silicatos que forman las

arcillas que acompañan el carbonato cálcico.• A los 900 °C comienza a descomponerse el carbonato cálcico.• A mayores temperaturas reaccionan los productos resultantes como:• Oxido de cal

• Anhídrido silico (Si02)• Oxido de aluminio o alumina (Al2O3).

Formándose silicatos y aluminatos, y juntos con el hidróxido cálcico constituyente aglomerante llamado cal hidráulica que a su vez se clasifica según su índice hidráulico:

1.-EXTRACCION DE LA MATERIA PRIMA La extracción de la piedra caliza se realiza a cielo abierto o mediante la construcción de galerías, para los dos casos , se utilizan explosivos de potencia, puesto que la piedra es dura, también se usan equipos mecánicos, como el taladro

2.-TRITURACION El objetivo de la trituración es la de reducir el volumen de las piedras obtenidas con la finalidad de coccionar uniformemente las piedras y garantizar la calidad del producto obtenido. La trituración se realiza de diferentes maneras que son el manual que consiste en reducir el volumen a través de combas y equipos trituradores como los de martillo

3.- LA COCCION O CALCINACION : Puede realizarse de las siguientes formas: a) CALCINACION AL AIRE LIBRE Este método es el mas usado en la región y consiste en disponer un terreno nivelado en que se

realiza una excavación de 1.0 ml de ancho por 1.0 ml de profundidad, la longitud de la zanja es de acuerdo a la cantidad y tipo de combustible.

Sobre la zanja y haciendo centro en uno de sus extremos se construye en forma de bóveda interiormente y exteriormente en forma de un cono truncado y se recomienda las siguientes proporciones:

• 4 a 5 ml de diámetro en la base• 3 a 4 ml de diámetro en la coronación• 2.5 ml de altura.

Es necesario revisar la superficie exterior del material apilado, con un mortero de arcilla y arena, con un espesor máximo de 4 cm de espesor.

1.- Por la zanja anteriormente construido se coloca el combustible para la calcinación, esta actividad generalmente dura 6 días , termina con el cambio de color humo expedido, puesto que desaparece el color azulado de las llamas y se produce un asentamiento del cono construido, se deja enfriar, para luego deshacerlo o desmoronarlo, luego se separa la cal de la ceniza. • Anhídrido carbónico (CO2), se gasifica para luego perderse con los

humos producidos por el combustible.• El agua (H2O) por las altas temperaturas de fundición se evapora. Ambos elementos se pierden junto con el humo del combustible CO2-----43.47 grs. + H2O……1.65 grs. 45.12 GRS peso perdido de muestra.

2.- El material restante de la muestra tendrá un peso de : 100 grs. ( -) 45 grs. 54.88 grs. 3.- El material restante de la muestra viene hacer el total cien por ciento,

luego el nuevo porcentaje de los elementos será: Para el oxido de calcio ----------- (CaO) 54.88 grs. ----------100% 39.56 grs. ………….. X X= 100 grs X 39.56/54.88 GRS = 72.09%

Para el oxido de sílice (Si O2) 1.82x0.92 = 1.68% Para el oxido férrico ( Fe2O3) 1.82x2.92 = 5.32% Para el oxido manganeso ( MgO) 1.82x3.13 = 14.81%

4.- El porcentaje obtenido debe manifestarse en peso.5.- Sustituyendo en la relación o formula del índice hidráulico H= 0.15. Si recurrimos a la tabla de índices hidráulicos, se tiene que la cal al obtenerse

será debidamente hidráulico.2.4.7 FABRICACION O PREPARACION DE LA CAL VIVA La preparación de la cal viva comprende las siguientes actividades, que se

mencionan a continuación: 1.- EXTRACCION DE LA MATERIA PRIMA La extracción de la piedra caliza se realiza a cielo abierto o mediante la

construcción de galerías, para los dos casos, se utilizan explosivos de potencia, puesto que la piedra es dura, también se usan equipos mecánicos, como el taladro.

NATURALEZA DE LOS PRODUCTOS INDICE HIDRAULICO Cal aérea 0.0 a 0.10 Cal débilmente hidráulica 0.10 a 0.16 Cal medianamente hidráulica 0.16 a 0.31 Cal hidráulica normal 0.31 a 0.42 Cal eminentemente hidráulica 0.42 a 0.50 Cal limite o cemento lento 0.50 a 0.65 Cemento rápido 0.65 a 1.20

2.4.8 INDICE HIDRAULICO En la relación en peso como el sílice mas la alumina mas el fierro entre

el oxido cálcico y el oxido de magnesio, es decir: I.H. = (Si02+Al203+Fe203) Ca0+Mg02.4.9 MODULO HIDRAULICO Esta dada por la relación inversa al índice hidráulico , es decir: M.H. = (Ca02+Al203+Mg203) Si02+Al2+Fe203

PROBLEMA 1 Peso de la muestra ………………. 100 grs.Oxido de sílice Si02 ……………….. 3.35 grs.Anhídrido carbónico CO2… ……..43.47 grs. Oxido cálcico Ca0 ……………39.56 grs.Oxido de magnesio Mg0 …………….8.13 grs.Agua H20 ………………….1.65 grs.

• Oxido de calcio (Ca0)• Anhídrido sillico (Si02)• Oxido de aluminio o alumina (Al203). Formándose silicatos y aluminatos, juntos con el hidróxido cálcico

constituyente aglomerante llamado cal hidráulica que a su vez se clasifica según su índice hidráulico.

1.- EXTRACCION DE LA MATERIA PRIMA La extracción de la piedra caliza se realiza a cielo abierto o mediante la

construcción de galerías, para lo dos casos, se utilizan explosivos de potencia, puesto que la piedra es dura, también se usan equipos mecánicos , como el taladro.

2.- TRITURACION

2.4.10 CALES HIDRAULICOS Vical, descubrió las cales hidráulicas al observar que si la caliza primitiva contiene o se le añade del 8-20% de arcilla, el producto resultante de la cocción, reducido a polvo tiene propiedades hidráulicas y esto se debe a que la cocción produce los siguientes fenómenos:• Hasta los 110 °C se evapora el agua de cantera.• Hasta los 700 °C empieza a descomponerse los silicatos que

forman las arcillas que acompañan al carbonato cálcico.• A los 900° comienza a descomponerse el carbonato cálcico .• A mayores temperaturas reaccionan los productos

resultantes como:• Oxido de cal (Ca0)• Anhídrido sillico (Si02)• Oxido de aluminio o alúmina (Al203).

CEMENTO EL CEMENTO PORTLAND

El cemento Portland es un material producto de la fusión química a altas temperaturas de materiales calcáreos y arcillosos, reacciona cuando hace contacto con el agua endureciéndose con el tiempo hasta convertirse en una piedra artificial, por lo que recibe el nombre de cemento hidráulico. El método básico para producir el cemento Portland fue descubierto por el inglés Joseph Aspdin en 1824, quien identificó el cemento como Portland por la semejanza del cemento endurecido en las canteras de la isla de Portland en Inglaterra.

PROCESO DE FABRICACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND

MATERIAS PRIMAS Los ingredientes básicos para elaborar el cemento Portland son la cal, la sílice y la alúmina, estos ingredientes se pueden encontrar en la naturaleza en diversas formas y de manera abundante. Por ejemplo la cal, yeso que se extrae del carbonato de calcio que se encuentra en la roca caliza, la sílice proviene de la arcilla (que se encuentra en el suelo arcilloso o alguna roca sedimentaria de arcilla como la lutita arcillosa), al igual que la alúmina, por estas razones generalmente las plantas productoras de cemento se encuentran muy cerca a los bancos de materiales que proveen estos ingredientes básicos. La elaboración de los cementos también requiere de otros minerales secundarios como el hierro, el magnesio, el sodio y el potasio, la mayoría de ellos se encuentran en los bancos de arcilla.

FABRICACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND Existen dos métodos para la elaboración del cemento,

método vía húmeda y el método vía seca. En el método vía húmeda se forma una suspensión

con los materiales calcáreo-arcillosos previamente molidos, la suspensión es transportada por todo el sistema como un fluido por medio de tuberías. En el método por vía seca la mezcla de los materiales calcáreo-arcillosos, la diferencia más notable entre los dos métodos se encuentra en que en el método vía húmeda consume más energía en el proceso de cocción debido a que primero se debe evaporar el exceso de agua antes de iniciar la fusión de los materiales en las altas temperaturas.

• El método vía seca la arcilla proviene de una roca, las etapas para la producción del cemento Portland son las siguientes: explotación de las canteras de arcilla y caliza, triturado, molienda y obtención de la harina cruda, calcinación, adición del yeso y molienda del clinker, finalmente almacenamiento y envasado.

La etapa importante en el proceso de fabricación es la calcinación y obtención del clinker. La harina cruda obtenida en la etapa de molienda de los ingredientes en bruto es transportada hacia el horno giratorio, el cual se calienta hasta 1500°C por medio de una flama localizada en la parte baja del horno, el horno tiene una ligera inclinación para que el material alimentado por la parte superior (harina cruda) se deslice lentamente durante la cocción hacia la parte inferior. La harina cruda al entrar en el horno sufre una serie de cambios importantes, inicialmente se seca y al llegar a unos 600°C el carbonato de calcio (CaCO3) proveniente de la roca caliza pierde el bióxido de carbono, convirtiéndose en cal viva (CaO). Posteriormente a los 1200°C se produce una fusión de ingredientes como resultados la formación de silicatos de calcio y aluminatos de calcio.Debido al movimiento de los ingredientes durante la calcinación se van formando unas pequeñas bolas en el horno, estas bolas de material cocido se llaman clinker. El clinker es el cemento Portland, con el único defecto de que requiere de la adición del yeso y de la molienda,sin la presencia del yeso el clinker molido fraguaría muy rápidamente entorpeciendo el proceso normal del fraguado.

COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CEMENTO PORTLAND Los componentes principales del cemento Portland lo constituyen los

silicatos y los aluminatos de calcio, estos compuestos se forman por la asociación química de diferentes óxidos como el oxido de calcio (CaO), (Si O2), (Al2O3),(Fe2 O3). Los compuestos principales resultado del proceso de fusión química en el horno son cuatro, sus nombres, formulas químicas abreviadas y abreviaciones comunes se citan a continuación:

Silicato tricálcico 3CaO * SiO2 C3S

Silicato dicálcico 2CaO * SiO2 C2S

Aluminato tricálcico 3CaO * Al2O3 C3A

Aluminoferrito tetracálcico 4CaO * Al2O3 * Fe2O3 C4AF

Adicionalmente se forman compuestos secundarios como MgO, SO3, K2O, Na2O y otros. Los dos últimos óxidos, el de potasio y el de sodio se conocen como los álcalis del cemento. Los óxidos de calcio y de sílice son los más abundantes en los cementos, su variación en porcentaje, al igual que la de los demás óxidos está regida por las proporciones de los ingredientes en bruto alimentados al proceso de producción, pequeñas variaciones en los porcentajes de óxidos arrojan variaciones muy importantes en los compuestos principales del cemento. Las variaciones en porcentaje de los compuestos principales definen los diferentes tipos de cemento que se conocen.

% de Óxidos (peso) RangoCaO 60-67SiO2 17-25Al2O3 3-8Fe2O3 0.5-6.0Na2O + K2O 0.2-1.3MgO 0.1-4.0Cal libre 0-2SO3 1-3

TABLA 6.1. COMPOSICIÓN DEL CEMENTO PORTLAND.

Tipo de Cemento

Compuesto en %

C3S C2S C3A C4AF

I. Normal 50 24 11 8

II. Moderado 42 33 5 13

III. Resistencia Rápida

6013 9

8

IV. Bajo Calor 26 50 5 12

V. Resistente a Sulfatos

40 40 4 9

Tabla 6.2. Composición Típica de los Cementos Portland.

USO DE LOS DIFERENTES CEMENTOS PORTLAND• Los usos de los diferentes tipos de cementos mostrados en la Tabla 6.2 obedecen

a las propiedades físicas y químicas derivadas de sus procesos de hidratación, así como a la protección que pueden ofrecer al concreto elaborado con dichos cementos.

• El cemento Portland tipo I se conoce cemento normal de uso común. Para su uso no toma en cuenta las condiciones de trabajo de la obra no involucran condiciones climáticas ni el contacto con sustancias perjudiciales como los sulfatos.

• El tipo de cemento silicato tricálcico (C3S) genera una alta resistencia, genera también mayor cantidad de calor de hidratación.

• El silicato dicálcico (C2S) se encarga de generar resistencia a largo plazo, los aluminatos se hidratan en forma rápida pero coadyuvan menos significativa en la resistencia final, son compuestos potencialmente reactivos, en presencia de sulfatos en solución forman sulfoaluminatos, los cuales producen expansiones que llegan a desintegrar totalmente al concreto .

• El cemento tipo II se conoce como cemento Portland de moderado calor de hidratación y de moderada resistencia a los sulfatos, existe la disminución del silicato tricálcico y del aluminato tricálcico con respecto al cemento normal.

• El cemento tipo II se emplea en estructuras como columnas o muros de concreto muy anchos, evita que el concreto se agriete debido a los cambios térmicos que sufre durante la hidratación.

• También se usa en estructuras donde se requiere una protección moderada contra la acción de los sulfatos, como en cimentaciones y muros bajo tierra, donde las concentraciones de sulfatos no sean muy elevadas.

• El cemento tipo III se conoce como de resistencia rápida, este tipo de cemento se usa en estructuras de fraguado rápido.

• La resistencia que desarrolla los primeros siete días es alta debido a la presencia de altos contenidos de silicato tricálcico y bajos contenidos del silicato dicálcico.

• La composición química, los cementos adquieren la propiedad de ganar resistencia rápidamente cuando la finura a la que se muele el Clinker es mayor que la del cemento normal.

• El cemento tipo IV o de bajo calor de hidratación desarrolla su resistencia más lentamente que el cemento normal debido a los bajos contenidos de silicato tricálcico, el fraguado es lento que el del cemento normal.

• El cemento tipo IV se emplea en la construcción de estructuras masivas como las presas de concreto, donde se requiere controlar calor de hidratación para evitar el agrietamiento.

• El cemento tipo V es resistente a los sulfatos se emplea en todo tipo de construcciones que estarán expuestas al ataque severo de sulfatos.

• Estos cementos se consideran resistentes a los sulfatos debido a su bajo contenido de aluminato tricálcico, se caracterizan por su ganancia moderada de resistencia a corto plazo, también desarrolla buena resistencia a corto plazo gracias a sus altos contenidos de silicato dicálcico.

• Cabe aclarar que la industria cementera produce el cemento puzolánico solo para atender pedidos especiales.

PROPIEDADES DEL CEMENTO PORTLAND HIDRATACIÓN Y FRAGUADOEl proceso de hidratación del cemento Portland se inicia cuando se mescla el agua con los granos de cemento, que reaccionan y hay ganancia de resistencia y se endurece.Al inicio la mezcla es aguada pero con el tiempo la pasta (cemento más agua) se va rigidizando, a este proceso se le llama fraguado del cemento. Se destacan dos tipos de fraguado en el cemento, el primero se llama fraguado inicial (en ese momento ya no se debe perturbar la pasta), el cual se produce aproximadamente a las 3 horas, el segundo se llama fraguado final, el cual se produce aproximadamente a las 7 horas, en este tiempo la pasta de cemento se ha endurecido totalmente (el fraguado inicial y el fraguado final se verifican por medio de pruebas de penetración con el aparato de Vicat). A nivel experimental se ha llegado a encontrar que bajo condiciones óptimas de curado (mantener la pasta húmeda y a temperatura adecuada) se han detectado granos de cemento que nunca llegan a hidratarse totalmente.

• La cantidad de agua necesaria para la hidratación del cemento depende mucho de las condiciones climáticas bajo las cuales se desarrolla esta reacción, aproximadamente un 23% del peso del cemento (relación agua cemento = 0.23), esta cantidad es bastante baja si se considera que en un concreto convencional se usa un poco más del doble. El exceso de agua en un concreto convencional obedece principalmente a la necesidad de obtener una mezcla fluida para poderla depositar y compactar sin problemas dentro de la cimbra. Por esta razón los cuidados de curado del concreto se pueden limitar a evitar que se evapore el agua del concreto fresco.

CONTRACCIÓN DURANTE EL FRAGUADO• Todo producto de la mescla cemento Portland con agua sufre una

contracción por fraguado, las contracciones que ocurren en la pasta de cemento hidratada son de dos tipos, contracción por carbonatación y contracción por secado, los dos fenómenos ocurren simultáneamente el de mayor magnitud es el que involucra la contracción por secado.

• La contracción por carbonatación ocurre debido a que el hidróxido de calcio [Ca (OH)2] liberado durante la hidratación reacciona con el bióxido de carbono (CO2) de la atmósfera para formar un carbonato de calcio (CaCO3), el cual se deposita en algún lugar de la pasta, la disolución del hidróxido de calcio y las tensiones producidas por el agua de gel ocasionan una reducción de espacio al desaparecer el hidróxido de calcio, como el fenómeno de contracción se da a nivel superficial, se considera que no es dañino para el resto de la masa.

• La contracción por secado depende de la cantidad de agua en la mezcla, el fenómeno se provoca por la contracción del gel de silicato de calcio en la estructura de la pasta de cemento en el momento en que se pierde la humedad contenida en el gel, las mezclas aguadas sufrirán mayores contracciones que las mezclas secas.

• Una pasta de cemento se contrae mucho más que un concreto debido a que en el concreto los agregados restringen el fenómeno de contracción. Se ha encontrado que una pasta de cemento se puede contraer de 5 a 15 veces más que un concreto, y con referencia a las propias pastas, se ha encontrado que variaciones no muy grandes en la relación agua cemento ocasionan grandes diferencias en la contracción, por ejemplo una pasta con relación agua cemento de 0.56 por peso, se contrae un 50% más que una con relación de 0.40.

CALOR DE HIDRATACIÓN Se llama calor de hidratación al calor que se desprende durante la

reacción que se produce entre el agua y el cemento al estar en contacto, el contacto se puede llevar a cabo aún si el agua solo con el vapor, por lo que es muy importante que el cemento esté protegido del medio ambiente ya sea en sacos o en silos, hasta el momento en que se le mezcle con el agua.

El calor de hidratación que se produce en un cemento normal es del orden de 85 a 100 cal/g. La Tabla 6.3 presenta una apreciación cualitativa de la participación de los compuestos principales del cemento Portland en la rapidez de reacción con el agua y en el calor de hidratación por unidad de compuesto.

Propiedad

Participación de cada compuesto

C3A C4AF C3S C2S

Grado de reacción Calor liberado

Rápido Lento Mediano Lento

Grande Pequeño Mediano Pequeño

TABLA 6.3. LOS COMPUESTOS PRINCIPALES DEL CEMENTO EN EL CALOR DE HIDRATACIÓN.

FINURA DEL CEMENTO• La finura del cemento depende del tiempo de molido del clinker,

se mide en metros cuadrados por Kg, es un cemento normal la superficie específica puede estar alrededor de 200 m2/kg.

• Una finura alta favorece la hidratación rápida del cemento y al mismo tiempo favorece también una generación rápida de calor.

• Para la industria cementera una finura alta representa invariablemente un mayor costo de molienda, por lo que el tratamiento sólo se justifica en el caso de que se pretenda producir un cemento especial de resistencia rápida, por ejemplo, la finura en cementos de ultra rápida resistencia se deben alcanzar finuras del orden de 700-900 m2/kg. En un cemento tipo III la finura se encuentra alrededor de los 300 m2/kg.

• La finura del cemento también puede ser estimada por cribado, detectando el porcentaje de material que pasa la malla No 200.

DENSIDAD DEL CEMENTO• La densidad relativa del cemento varía entre 3.10 y 3.15 (un

volumen de cemento pesa 3.15 veces más que un volumen igual de agua), esto hace del cemento el ingrediente más pesado de los empleados en la elaboración del concreto o de otros productos derivados del cemento.

• Sin embargo una vez que el cemento entra en contacto con el agua, los productos de hidratación presentan densidades muy variables, por ejemplo, según experimentos realizados por T. C.

• Powers, la densidad relativa de los sólidos de gel es igual a 2.43, y la densidad relativa del gel incluyendo los poros es de 1.76, para este último caso Powers señala que el gel incluyendo los poros ocupa 1.8 veces más espacio que el cemento sin hidratar (3.15 1.76 = 1.8).

ENDURECIMIENTO DEL CEMENTO

El endurecimiento del cemento se inicia una vez que se inicia el fraguado del cemento, la ganancia en resistencia (medida del endurecimiento) es progresiva según avanza el grado de hidratación del cemento.

El proceso de hidratación continúa siempre y cuando haya agua disponible y existan las condiciones climáticas adecuadas, esto no significa que todos los granos de cemento se hidraten, sin embargo los granos no hidratados no perjudican la resistencia alcanzada.

El endurecimiento del cemento es consecuencia de la hidratación del mismo. El endurecimiento o ganancia de resistencia del cemento hidratado se puede

verificar con diversas técnicas, entre ellas:Medición del calor generado.Determinación de la cantidad de cal liberada [Ca (OH)2].Determinación de la cantidad de cemento no hidratado (análisis cuantitativo de rayos x).Determinación de la cantidad de agua combinada químicamente.Verificación del aumento de densidad.Pruebas directas de resistencia.

• En forma práctica la evolución de resistencia del cemento no se verifica con pruebas realizadas sobre la pasta de cemento, en su lugar se elabora una mezcla de cemento, arena sílice y agua siguiendo normas estándar.

• Con el mortero se fabrican cubos, los cuales se curan y se prueban de manera estándar para obtener la resistencia a las edades especificadas según el tipo de cemento.

• La evolución de resistencia de los diferentes cementos considerados como convencionales (tipos I, II, III, IV y V) es diferente en los primeros días sin embargo a la larga alcanzan resistencias semejantes, esto no es una regla pues la evolución en resistencia depende de muchas variables.

• La Tabla 6.4 presenta una versión aproximada de la evolución de resistencia de los diferentes cementos con relación al cemento normal tipo I.

• De acuerdo con esta tabla debe esperarse que a los tres meses las resistencias de todos los concretos hechos con los diferentes tipos de cemento sean iguales.

• Como un ejemplo de que es posible obtener diferentes resultados a los representados por la Tabla 6.4, se presenta la Figura 6.3 que en forma esquemática ilustra lo anterior.

Tabla 6.4. Evolución de Resistencia Relativa entre los Cementos Portland.

Tipo de cemento Portland

Resistencia Relativa (Tipo I) de los Cementos Portland

1 Día 7 Días 28 Días 3 Meses

Tipo I 100 100 100 100

Tipo II 75 85 90 100

Tipo III 190 120 110 100

Tipo IV 55 55 75 100

Tipo V 65 75 85 100

Figura 6.3. Evolución de Resistencia de Concretos con Diferentes Cementos.

SANIDAD DEL CEMENTO La sanidad del cemento consiste en verificar que no se producirán

expansiones o contracciones dañinas en el cemento endurecido, ya que éstas provocarían la destrucción del concreto.

La no-sanidad del cemento se atribuye a la presencia de magnesio o de cal libre en cantidades excesivas.

La cal o la magnesio hidratadas desarrollan con el tiempo fuerzas expansivas que afectan la pasta endurecida.

Como el fenómeno toma tiempo en caso de que las sustancias mencionadas se encuentren en cantidades excesivas, se realiza normalmente una prueba acelerada, que consiste en someter barras de pasta de cemento a un curado en autoclave, en este aparato se mantiene vapor de agua a presión, con lo que se acelera la hidratación y la generación de productos sólidos, si las barras muestran expansiones mayores al 0.8% se dice que el cemento no pasa la prueba de sanidad.

OTROS TIPOS DE CEMENTO EL CEMENTO BLANCO.- Se puede considerar como un cemento especial, que sólo se fabrica bajo

demanda del mercado, generalmente las plantas de cemento capacitadas lo producen periódicamente para satisfacer la demanda de los fabricantes de pegazulejo y de otras industrias, se le puede encontrar comercialmente en bajas cantidades y se le emplea normalmente para propósitos decorativos.

Este tipo de cemento se produce básicamente con los mismos ingredientes que el cemento normal, salvo que los materiales arcillosos que se emplean deben ser muy bajos en óxidos de fierro y de manganesio, ya que estos óxidos dan tonalidades grises en los cementos.

En la producción del cemento blanco se tiene mucho cuidado en no causar contaminación de los ingredientes con los óxidos mencionados, de tal manera que tanto en la molienda como en la quema se evita el contacto con el fierro, por ejemplo la molienda no se hace con bolas de acero ni se quema carbón para calcinar la harina cruda, en su lugar se usan bolas de metales no ferrosos y gas.

EL CEMENTO PUZOLÁNICO.- El cemento puzolánico se ha convertido para muchos en la única alternativa para la industria de la construcción, ya que es más fácil de conseguir. Este cemento se fabrica incorporando al cemento normal 15 a 40 por ciento de puzolana por peso. La puzolana es un material natural o artificial que contiene sílice en forma reactiva, la sílice por si sola no tiene ningún poder cementante, pero en presencia de humedad y en combinación con el hidróxido de calcio que libera el cemento normal durante su hidratación genera nuevos productos sólidos. Los fabricantes de cemento puzolánico generalmente obtienen la puzolana por medio de la molienda de rocas de origen volcánico, aunque en forma alterna se pueden emplear las cenizas volcánicas (natural) y la ceniza de carbón quemado (artificial). La calidad de las puzolanas depende de la reactividad de las mismas, esta reactividad se verifica de diversas maneras siendo la más sencilla la que consiste en evaluar su resistencia al combinarla con cal y agua. Existen otras características que se evalúan en las puzolanas que también son importantes como: la finura, la contracción por secado, la demanda de agua, su capacidad para reducir reacciones expansivas, su expansividad en morteros y su sanidad. Como se observa la calidad de los cementos puzolánicos puede ser muy variable entre marcas comerciales.•La puzolana es menos densa que el cemento, por ejemplo la ceniza de carbón quemado (ceniza volante) puede tener una densidad relativa entre 2.1 y 2.5. En el caso de la ceniza la superficie específica puede ser muy alta ya que el tamaño de las cenizas es más pequeño, una ceniza volante puede tener 500 m2/Kg, por esta razón este material resulta peligroso para la salud si es inhalado. La Figura 6.4 presenta una microfotografía de una ceniza volante tomada con un microscopio electrónico, el objetivo en la fotografía tiene un aumento de 3,000 veces su tamaño real.

Existen otras características que se evalúan en las puzolanas que también son importantes como: la finura, la contracción por secado, la demanda de agua, su capacidad para reducir reacciones expansivas, su expansividad en morteros y su sanidad. Como se observa la calidad de los cementos puzolánicos puede ser muy variable entre marcas comerciales.La puzolana es menos densa que el cemento, por ejemplo la ceniza de carbón quemado (ceniza volante) puede tener una densidad relativa entre 2.1 y 2.5. En el caso de la ceniza la superficie específica puede ser muy alta ya que el tamaño de las cenizas es más pequeño, una ceniza volante puede tener 500 m2/Kg, por esta razón este material resulta peligroso para la salud si es inhalado. La Figura 6.4 presenta una microfotografía de una ceniza volante tomada con un microscopio electrónico, el objetivo en la fotografía tiene un aumento de 3,000 veces su tamaño real.

Figura 6.4. Microfotografía de una Ceniza Volante.

PRODUCTOS CERÁMICOS Los productos cerámicos son piedras

artificiales formadas por medio de la cocción de materiales arcillosos previamente tratados.

La cerámica se ha empleado desde tiempo muy remotos, y a pesar de que su capacidad al impacto es muy baja, tiene la resistencia y durabilidad necesaria.

Las piezas cerámicas que se emplean en la construcción son muy variadas y aún tienen mucha demanda.

MATERIAS PRIMAS Y PROCESOS BÁSICOS DE FABRICACIÓN DE CERAMICOS

MATERIAS PRIMAS PARA LA FABRICACION DE CERAMICOS

La arcilla en el ingrediente más importante en la elaboración de los productos cerámicos, en ella se encuentran una gran cantidad de minerales necesarios para el proceso, como el sílice y el aluminio (SiO2 y ALO3).

Otros minerales importantes son la sílice microcristalina pura y los feldespatos.

Para la fabricación de cerámicos de alta calidad se emplea el caolín [Al2Si2O5(OH)4] arcilla blanca pura resultado de la descomposición de los feldespatos de los granitos.

La arcilla es la lutita que es sometido a excavación, disgregación, trituración, molienda y cernido, la extracción de la arcilla depende de la dureza de la roca sedimentaria.

• Además del agua, en la fabricación del cerámico (tabique, teja y otros) se hace uso frecuentemente de materiales desgrasantes como: polvo pedaso de tabique, arena cuarzosa y aserrín para disminuir un poco la plasticidad de las mezclas, realizar un buen moldeado de las piezas y facilitar la cocción del producto.

PROCESOS BÁSICOS DE FABRICACIÓN Los procesos básicos de fabricación consiste en:

preparación de la pasta, la formación o moldeo de las piezas, el secado, el vidriado en caso de requerirse, la cocción, el enfriamiento y el almacenaje del producto final.

• PREPARACIÓN DE LA PASTA.- La preparación de la pasta (arcilla + agua) depende de la técnica de moldeo o formación de las piezas cerámicas.

• Las mezclas pueden ser secas donde el porcentaje de agua de mezcla no sobrepasa el 10% en peso, las mezclas aguadas que contienen entre 20-30% de agua y las mezclas de consistencia mediana con porcentajes entre 12-15%.

• En cualquiera de los casos se requiere un mezclado eficiente con mezcladoras mecánicas. En la elaboración de piezas de campo, el mezclado frecuentemente se hace a mano o con los pies.

• Formación de las Piezas.- Existen diversas técnicas para dar forma a las piezas cerámicas entre las cuales se encuentran las siguientes:

• Técnica de la pasta aguada o método tradicional.- La consistencia aguada (25-30% de agua) facilita el llenado a mano de los moldes, casi siempre se adicionan desgrasantes.

• Hecha la mezcla, se toma una bola de lodo para llenar el molde, se impregna con polvo de tabique y se llena el molde, de esta manera la pieza no se pegará al molde a la hora de desmoldar, el exceso de lodo se quita con un alambre para dejar la superficie lisa. Esta técnica es común en la elaboración de tabiques, tejas, ladrillos y otras piezas.

• La técnica de campo está siendo desplazada por el empleo de maquinaria por el hombre, las piezas elaboradas con maquinaria emplean mezclas ligeramente más aguadas, como consecuencia provocan pequeñas depresiones en el centro de la superficie debido a un ligero asentamiento y contracción durante el secado. Puesto que las mezclas entre más aguadas son más porosas y menos resistentes, el proceso mecánico de simulación no garantiza una mejor calidad del producto final.TÉCNICA DE EXTRUSIÓN CON CORTE DE ALAMBRE.- esta técnica emplea una pasta con contenidos de agua entre 20-25%, la pasta de consistencia suave es forzada a presión (extrusión) a través de un dado metálico conteniendo la forma o sección de la pieza por crear, la columna formada se corta a continuación con alambre para separar las piezas según el ancho preestablecido.

El proceso es continuo gracias a que los cortes con alambre pueden ser múltiples. La mezcla debe tener la humedad óptima para que la columna formada no se colapse en el proceso.

Figura 3.1. Elaboración de Tabique por el Método de Extrusión.

Una variación de la técnica anterior consiste en reducir el contenido de humedad entre 10-15% para lograr una consistencia firme pero no tan seca que no pueda ser forzada a través del dado formador, el resultado es que las piezas formadas son más precisas y uniformes en sus dimensiones, además, se secarán más rápido y podrán resistir mejor cualquier apilamiento antes de la cocción.

• Técnica del prensado en seco.- La pasta empleada en el proceso de consistencia seca, con contenidos de humedad no mayores al 10%.

• En el proceso de fabricación se emplean máquinas que forman las piezas cerámicas en moldes metálicos a base de presión, proceso semejante al que se emplea en la fabricación de bloques de concreto.

• Secado.- Una vez que las piezas cerámicas han sido formadas se les transporta al lugar donde deberán secarse, en el caso de que el proceso de elaboración sea intermitente, el lugar secado es generalmente un espacio techado y protegido del viento, en el caso de un proceso continuo la etapa siguiente será el secado automático o controlado.

• Dependiendo de la temperatura de secado el tiempo mínimo oscila entre 24 y 48 horas, cuando se emplean cámaras de secado, en el caso de piezas de campo el tiempo es cuestión de varios días.

En ocasiones, al final del secado se aplica un vidriado a las piezas cerámicas que así lo requieren, el propósito del tratamiento es el de proporcionar impermeabilidad a una o más caras de la pieza cerámica.

Los productos empleados son esmaltes preparados a base de vidrio molido y fundido, el cual es chupado por la pieza sellando las porosidades, este tratamiento evita la apertura de grietas y da una mayor durabilidad a la superficie tratada.

• Cocción y Enfriamiento.- Una vez secas, las piezas cerámicas se someten a temperaturas elevadas para lograr la cocción de los minerales arcillosos. En las técnicas rústicas o de campo se emplean los hornos intermitentes, el horno se carga con piezas secas, apilándolas de tal manera que el aire caliente pase al través de ellas, el fuego se enciende en la parte inferior (leña, diesel, etc.) y se mantiene por las horas que sea necesario hasta que las piezas se cocen, posteriormente se dejan enfriar y se sacan para constituir lo que se llama una horneada.

Las técnicas modernas emplean hornos de tipo continuo, donde las piezas cerámicas son sometidas a diferentes temperaturas.

Inicialmente las piezas reciben un calentamiento paulatino para evitar los cambios térmicos bruscos, luego, según avanzan las piezas en el proceso, se aumenta la temperatura hasta producirse el fenómeno de la deshidratación entre 149-982°C, luego sigue la etapa de oxidación.

• y finalmente el de vitrificación entre 871-1315°C. A continuación las piezas pasan por otras secciones donde la temperatura desciende poco a poco hasta una temperatura lo suficientemente baja para poder mover las piezas al área de enfriamiento final. El proceso completo puede durar entre 48 y 72 horas.

PRODUCTOS CERAMICOS EMPLEADOS EN LA CONSTRUCCIÓN Tabique en muros• El tabique es una pieza sólida de arcilla cocida, su forma

prismática (el estándar de 7x14x28 cm) permite la construcción de muros y otros elementos estructurales. Existe una gran variedad de tabiques, la Figura 3.2 presenta algunos de ellos, en la figura se observa el tabique de milpa junto a otros fabricados por métodos de extrusión o de prensado.

Figura 3.2. Diversos Tipos de Tabiques de Arcilla.

• La resistencia de los tabiques depende de los materiales empleados en su fabricación, así como del proceso mismo. Un tabique hecho con pasta aguada y no muy bien cocido puede resistir hasta 70 kg./cm2 a la compresión, mientras que un tabique de alta resistencia pudiera aguantar hasta 1,400 kg./cm2.

• El esfuerzo se obtiene dividiendo la carga resistida por la pieza entre el área de la misma, Figura 3.3 a). Otra medida de la capacidad de los tabiques se obtiene por medio de la prueba de flexión que se realiza apoyando la pieza libremente y sometiéndola a una carga en el centro, de esta prueba se calcula el módulo de ruptura Figura 3.3 b).

Figura 3.3. Capacidades de Carga de los Tabiques, a) Compresión, b) Módulo de Ruptura.

• Otras propiedades importantes en los tabiques son la absorción de agua, la rapidez de succión de agua (capilaridad), y la densidad.

• La absorción se relaciona con la porosidad y esta con la durabilidad de las piezas cerámicas.

• La rapidez de succión afecta directamente el comportamiento del mortero empleado para pegar las piezas.

• La rapidez de succión se obtiene al detectar la cantidad de agua que absorve un tabique sumergido en 1 cm de agua.

• Un tabique que succiona 20 gramos de agua por minuto se considera excelente y generalmente permite obtener una adherencia excelente entre el mortero y el tabique, sin embargo cuando el tabique tiene una rapidez de succión mayor, se debe humedecer antes de colocarlo.

El Barrobloque en LosasEl barrobloque es un producto cerámico que se emplea mucho como aligerador de peso, especialmente en losas de entrepiso o en techos, Figura 3.4, existe una gran variedad de formas y dimensiones en estas piezas, algunas de ellas se muestran en la Figura 3.5. Las piezas se forman por la extrusión de una pasta arcillosa de consistencia lo suficientemente seca para permitir la formación de paredes delgadas en el bloque.

• Los Pisos Cerámicos Existe una gran variedad de piezas cerámicos que se emplean para

construir pisos, las piezas en general se caracterizan por tener un espesor delgado en comparación con sus otras dos dimensiones (ya sea cuadradas, rectangulares o de otra geometría). Las piezas cerámicas comunes en pisos son las baldosas, las losetas y sus piezas complementarias para formar los zócalos.

Las baldosas son generalmente más gruesas que las losetas. Por lo que respecta a la superficie de las piezas esta puede ser vidriada o no vidriada, dependiendo de la durabilidad (resistencia al tráfico), apariencia, y facilidad de limpieza que se desee.

Los pisos cerámicos se forman pegando las piezas con mortero de cemento o con adhesivos preparados, Figura 3.6, una vez que ha endurecido el pegamento de las piezas, se sellan las juntas con lechada de cemento, generalmente se usa cemento blanco solo o con algún color.

Figura 3.6. Piezas Cerámicas en Pisos.

Los Mosaicos y Azulejos• Una variedad de piezas cerámicas que se han usado tradicionalmente

en las cocinas y los baños son los mosaicos y los azulejos, Figura 3.7. • Estas piezas son generalmente de color o están decoradas, el

tratamiento se protege con un vidriado que las vuelve impermeables y fáciles de limpiar.

• Las piezas son generalmente pequeñas y con espesores hasta de 9 mm.

• Cuando las piezas son muy pequeñas vienen adheridas a un papel para facilitar su colocación.

• En la actualidad el empleo de las piezas cerámicas puede ser muy variado y no es nada extraño que se empleen baldosas o losetas en los mismos baños, basta con que sean lo suficientemente impermeables para dar un buen servicio, por otro lado la textura de estas piezas las hace más antiderrapantes y fáciles de limpiar ya que por ser más grandes generan un menor número de juntas. Invariablemente, los mosaicos y azulejos se colocan mejor con adhesivos preparados.

Figura 3.7. Ejemplos de Mosaicos y Azulejos.

Celosías Cerámicas Las celosías se forman con la unión de piezas

de diferente forma, todas ellas unidas logran integrar verdaderas mallas cuyo propósito puede ser separar o dar sombra sin obstruir totalmente la vista, la Figura 3.8 muestra algunas celosias.

Figura 3.8. Celosías Cerámicas.

Tubos de Barro Se emplean tuberías de barro para la acometida del drenaje

sanitario en casas habitaciones, estos tubos se pueden hacer a mano en mesas de tornear, o bien por medios mecanizados.

Los tubos hechos a mano tienen generalmente diámetros no mayores de 20 cm (típicamente de 10 cm) y longitudes variables, los tubos mecanizados pueden ser hasta de 40 cm de diámetro.

Los tubos se unen por el extremo campana, existiendo también codos para las deflexiones necesarias.

Los tubos de barro también se emplean para fabricar drenes subterráneos y para conducir aguas pluviales.

Los tubos se prueban para determinar su capacidad al aplastamiento y su absorción.

En la actualidad estas piezas cerámicas están siendo reemplazadas por las tuberías de concreto, que suelen ser más resistentes a las cargas y al manejo durante la construcción.

Tejas de barro Las tejas de barro se emplean mucho para

construir tejados, estos elementos se sobreponen unos con otros hasta lograr un techo perfectamente impermeable contra la lluvia, existe una gran variedad de tejas, como se muestra en la Figura 3.9, la teja generalmente lleva un vidriado en la cara superior para aumentar la impermeabilidad, aunque también puede no llevar dicho tratamiento.

Figura 3.9. Ejemplos de Piezas de Teja Cerámica.

LOS AGREGADOS Se entiende por agregados a una colección de partículas

de diversos tamaños que se pueden encontrar en la naturaleza, ya sea en forma de finos, arenas y gravas o como resultado de la trituración de rocas. Cuando el agregado proviene de la desintegración de las rocas debido a la acción de diversos agentes naturales se le llama agregado natural, y cuando proviene de la desintegración provocada por la mano del hombre se le puede distinguir como agregado de trituración, pues éste método es el que generalmente se aplica para obtener el tamaño adecuado. Los agregados naturales y los de trituración se distinguen por tener por lo general un comportamiento constructivo diferente, sin embargo se pueden llegar a combinar teniendo la mezcla a su vez características diferentes.

Los agregados que se emplean más en la construcción se derivan de las rocas ígneas, de las sedimentarias y de las metamórficas, y es de esperarse que las características físicas y mecánicas de la roca madre se conserven en sus agregados.

En la actualidad es posible producir algunos tipos de agregado de manera artificial, como por ejemplo la perlita y la vermiculita que se obtienen de la cocción de espumas volcánicas, otro ejemplo lo constituye el agregado ligero que se obtiene de la expansión por cocción de nódulos de arcilla, en general a estos agregados se les puede llamar agregados sintéticos. Existen otros materiales resultado de la actividad industrial que bajo ciertas condiciones pudieran usarse como agregados (en lugar de almacenarse como desperdicio), como la escoria de alto horno, la arena sílica residual del moldeo de motores, la ceniza de carbón quemado y otros.

• Los agregados ya sean naturales, triturados o sintéticos se emplean en una gran variedad de obras de ingeniería, algunas de las aplicaciones pueden ser: construcción de filtros en drenes, filtros para retención de partículas sólidas del agua, rellenos en general, elaboración de concretos hidráulicos, elaboración de concretos asfálticos, elaboración de morteros hidráulicos, construcción de bases y subbases en carreteras, acabados en general, protección y decoración en techos y azoteas, balasto en ferrocarriles y otras.

PROPIEDADES DE LOS AGREGADOS Granulometría La granulometría de los agregados se refiere a la distribución de

tamaño de las partículas, generalmente son de interés en esa distribución el tamaño máximo permisible y el tamaño mínimo permisible, sin embargo existen aplicaciones en las cuales se puede preferir un cierto tamaño uniforme en las partículas.

• La distribución de las partículas se determina por medio de ensayos de cribado empleando mallas, donde los alambres que integran las mallas se entretejen formando espacios cuadrados con diversas aberturas. Las mallas que se usan dependen en cuanto a su abertura y nomenclatura de las normas que se adopten, entre algunas normas y mallas de uso a nivel mundial se encuentran las americanas y las inglesas que se presentan a continuación:

Tabla 7.1. Mallas Estándar para Normas Americanas e Inglesas.

Norma Americana (A.S.T.M.) Norma Inglesa (B.S)

Abertura mm o jilm

5 pulgadas - 125 mm4.24 4 pulgadas 1063 1/2 3 1/2 90

3 3 752 1/2 2 1/2 63

2 2 531 3/4 1 3/4 451 1/2 1 1/2 37.51 1/4 1 1/4 31.5

1 (aproximada) 1(aproximada) 25.47/8 7/8 22.43/4 3/4 19.05/8 5/8 16.00.53 1/2 12.7

7/16 - 11.2

Tabla 7.1. (Continuación).

Norma Americana (A.S.T.M.)

Norma Inglesa

(B.S)Abertura mm

o jilm3/8 3/8 9.5

5/16 5/16 8.00.265 1/4 6.7

No. 3 1/2 - 5.6No. 4 3/16 4.75No. 5 - 4.00No. 6 No. 5 3.35No. 7 No. 6 2.80No. 8 No. 7 2.36

No. 10 No. 8 2.00No. 12 No. 10 1.70No. 14 No. 12 1.40No. 16 No. 14 1.18No. 18 No. 16 1.00No. 20 No. 18 850 jmNo. 25 No. 22 710No. 30 No. 25 600No. 35 No. 30 500No. 40 No. 36 425No. 45 No. 44 355No. 50 No. 52 300No. 60 No. 60 250No. 70 No. 72 212No. 80 No. 85 180

No. 100 No. 100 150No. 120 No. 120 125No. 140 No. 150 106No. 170 No. 170 90No. 200 No. 200 75No. 230 No. 240 63No. 270 No. 300 53No. 325 No. 350 45No. 400 - 38

Cualesquiera que sean las mallas a emplear, éstas se colocan en un ensayo granulométrico de la siguiente manera: arriba la malla con abertura mayor y hacia abajo en orden decreciente de abertura las demás mallas, finalmente hasta abajo se coloca una charola para recoger aquellas partículas menores a la malla más cerrada. El ensayo consiste en depositar hasta arriba una muestra del agregado a cribar, después se coloca una tapa sobre la malla de arriba y el conjunto se pone en un agitador mecánico por el tiempo especificado por la norma (también se puede hacer con agitado manual, pero esto es lento), posteriormente se determinan los pesos retenidos en las mallas y en la charola y se grafican los resultados para checarlos contra los límites especificados.

• El dibujo granulométrico puede considerar los porcentajes retenidos en las mallas o los porcentajes que pasan las mallas empleadas, siendo este último el más usado.

• Debido a que en la construcción se pueden adoptar una gran variedad de especificaciones para controlar el uso de los agregados, solo se presentarán algunos de los requisitos granulométricos más usuales en diversos trabajos con concretos y materiales de base en carreteras.

• La Tabla 7.2 presenta los límites granulométricos que se usan como control en la elaboración de varios materiales de construcción donde se emplean agregados.

Tabla 7.2. Límites Granulométricos de Agregados para Algunas Aplicaciones.

Malla Concreto Hidráulico Concreto Base Hidráulica

Asfáltico % Pasa % Pasa

Grava % Pasa Arena % Pasa

25.4 mm (1 ") 100

19.0 (3/4 ") 90-100 100 10012.7 (1/2 ") 90-100

9.5 (3/8 ") 20-55 100 70-95 50-85

4.75 (No. 4) 0-10 95-100 45-70 35-652.36 (No. 8) 0-5 80-100

2.00 (No. 10)

25-501.18 (No. 16) 50-85 20-50

600 jUm (No. 30) 25-60

425 (No. 40) 15-30300 (No. 50) 10-30 5-25

150 (No. 100) 2-10

75 (No. 200) 3-10 5-15

•

Como ejemplo del tipo de gráfica que se obtiene con los límites especificados para los agregados, se presenta la Figura 7.1 para una grava de tamaño máximo de 19 mm (3/42’’) que se usa en el concreto hidráulico.

• En la figura se aprecian dos límites, el inferior y el superior, la curva granulométrica de la grava que se debe usar en el concreto deberá caer dentro de dichos límites, no deberá presentar discontinuidades para poder ser aceptada, de otra manera se rechazaría el material.

• Cabe mencionar que los límites granulométricos que se presentan en la tabla 7.2 no representan todas las posibilidades, sólo son ejemplos, los límites dependen de las especificaciones que se adopten.

• Los requisitos granulométricos de los agregados varían con la aplicación, ya que las especificaciones que establecen estos requisitos se basan en la experiencia, no quiere esto decir que deba bastar el proporcionar granulometrías que caigan dentro de los límites especificados para que las cosas salgan bien por sí solas, aún dentro de los límites se debe buscar una optimización para lograr una mejor calidad del producto final. Los límites granulométricos sólo regulan el trabajo.

• La buena granulometría de los agregados (forma las partículas) es clave para lograr diversos objetivos, por ejemplo, es muy deseable pretender una alta densidad en materiales como el concreto hidráulico o el concreto asfáltico, puesto que esto repercute en mejores caracterisiticas estructurales.

• Además, tal objetivo se logra de una manera económica ya que la alta densidad se logra gracias a que la buena granulometría permite que las partículas sólidas se acerquen más entre ellas reduciendo los vacíos a un mínimo, con un porcentaje de vacíos mínimo se requerirá consecuentemente menos pasta de cemento en el caso del concreto hidráulico y menos asfalto en el caso del concreto asfáltico.

• Módulo de finura.- El módulo de finura es un valor útil en la elaboración de los concretos hidráulicos, este valor está relacionado con la granulometría de los agregados.

El módulo de finura se puede calcular tanto en las gravas como en las arenas, sin embargo es más significativo en las arenas, a este parámetro se le llega a utilizar en algunos métodos de diseño de mezclas.

El módulo de finura de la arena se calcula primero sumando los porcentajes retenidos acumulados en las mallas No. 4, No. 8, No. 16, No. 30, No. 50 y No. 100 y luego dividiendo esta cantidad por 100. Valores altos del módulo de finura (arriba de 3.00) indican arenas gruesas y valores bajos (cercanos a 2.00) indican arenas finas. Debe indicarse que el parámetro es útil para evaluar el consumo de pasta de cemento que se puede emplear en los morteros o concretos ya que dependiendo del tamaño de las arenas se requerirá más o menos pasta para rodear las partículas, las arenas finas (mayor superficie específica) consumirán más pasta y consecuentemente más cemento, por el contrario las arenas gruesas (menos superficie específica) consumirán menos pasta y consecuentemente menos cemento.

Forma de las Partículas La forma de las partículas se refiere a la forma que presentan las

partículas que integran los agregados (arena o grava), esta forma se puede distinguir observando con cuidado las partículas, para este propósito se acostumbra usar un lente de mano con aumento 10X (diez veces mayor que). Comparativamente, la forma de las partículas puede caer dentro de las siguientes categorías: redondeada, subredondeada, subangular, angular y alargada o plana.

Cada una de las formas mencionadas se explican por sí mismas, encontrándose una posible relación entre las formas que la roca adopta al descomponerse en el agregado y su respectivo proceso de formación.

Así por ejemplo la forma redondeada y subredondeada generalmente se relacionan con un desgaste de las caras del agregado debido a la abrasión que sufren las partículas durante el arrastre causado ya sea por el viento, por el río o por el agua de lluvia (gravas y arenas naturales).

Por otro lado cuando se trata de un agregado natural, la forma subangular indica un desgaste ligero relacionado con un arrastre corto, en tanto que la forma angular en el caso de un agregado natural indica que el material prácticamente no ha tenido arrastre y las partículas se encuentran muy cerca a la roca madre.

Cuando el agregado es resultado de un proceso de trituración, la forma de las partículas es invariablemente angular. La forma alargada o plana que pueden tomar las partículas se relaciona estrechamente con el tipo de roca, de tal manera que este tipo de forma es casi exclusivo de las estructuras laminares (se parten en forma de lajas) dadas en rocas que pueden ser tanto ígneas, sedimentarias como metamórficas.

• La forma alargada de los agregados es por lo regular despreciada para muchos trabajos. En concretos hidráulicos se considera que la presencia de un porcentaje de partículas alargadas en exceso de 10-15% es mala.

• La forma de las partículas puede ser relevante para algunos trabajos e irrelevante para otros (decoración), los trabajos que por lo general son afectados por la forma de la partícula tienen que ver con el objetivo de lograr una alta resistencia o una alta densidad en el producto final, lo cual sólo puede lograrse al combinar los agregados con la forma y la granulometría adecuadas. Como ejemplo considérese la siguiente situación práctica en la construcción de una base hidráulica para un pavimento.

Se ha encontrado que el uso de partículas redondeadas como material de base facilitan grandemente su acomodo y generalmente proporcionan altas densidades con poca energía de compactación, en contraste con los agregados triturados que requieren más energía de compactación porque la angularidad de los agregados opone mayor resistencia friccionante, sin embargo cuando este tipo de agregados se han compactado bien proporcionan una gran estabilidad y capacidad de soporte a las bases. Por otro lado, tanto en el caso del concreto hidráulico como en el del concreto asfáltico se prefieren agregados producto de la trituración, porque la adhesión del material cementante con este tipo de agregados es mejor y esto se traduce en una mejor resistencia del concreto.

Relaciones Volumétricas y Gravimétricas En cualquier tipo de construcción donde se manejen

agregados es de suma importancia conocer sus relaciones volumétricas y gravimétricas, generalmente los agregados se manejan por volumen o por peso, e invariablemente se presenta la necesidad de convertir cantidades entre estas dos unidades.

Frecuentemente se emplea el peso volumétrico de los agregados (peso por unidad de volumen) para convertir de peso a volumen o viceversa, en este caso el valor que nos representa esta relación se calcula con base en un muestreo del material, en este proceso es de suma importancia considerar las condiciones de humedad en las que se encuentra el agregado.

No es válido emplear el peso volumétrico de un agregado calculado con ciertas condiciones de humedad para estimar cantidades del mismo material en condiciones de campo completamente diferentes.

Algo semejante ocurre con el peso específico relativo de los agregados, en este caso el parámetro es muy importante cuando hay que considerar las relaciones peso-volumen pero de las partículas en forma individual.

Los agregados pueden tener diferentes condiciones de humedad que habría que considerar con cuidado, la Figura 7.2 ilustra esos grados de humedad según se apreciarían aislando una partícula en forma esquemática.

O seca

Figura 7.2. Grados de Humedad Posibles en una Partícula de Agregado.

un poco húmeda saturada sobresaturada superficialmente

PESO VOLUMÉTRICONormalmente el peso volumétrico de los agregados se calcula en condiciones secas cuando se sigue alguna norma al respecto, tal norma generalmente especifica la manera en que debe llenarse un determinado recipiente con el agregado, el recipiente tiene un volumen adecuado para el tamaño máximo de las partículas, y el llenado por lo regular se hace en capas, consolidando cada capa con un varillado (varilla con punta de bala). El peso volumétrico se puede visualizar con la Figura 7.3, donde esquemáticamente se muestra que en el volumen del recipiente quedan contenidas las partículas de agregado, los poros o vacíos de las propias partículas y los espacios entre las partículas.

Figura 7.3. Elementos que Intervienen en un Peso Volumétrico.

porosidad en la partículaporosidad entre partículas

Peso Específico Relativo y DensidadLa densidad de un material se define como su masa dividida por su volumen. El peso específico por otro lado se define como la relación entre la densidad del sólido con respecto a la del agua, este parámetro no tiene unidades. Cuándo se manejan términos gravimétricos generalmente se presenta una confusión acerca de la masa y el peso, ¿cómo se obtiene uno?, ¿Cómo se obtiene el otro?. La masa (g. o Kg) se mide con una balanza y el peso resulta de multiplicar a la masa por la aceleración de la gravedad, la cual varía dependiendo del lugar de la tierra donde se evalúe. Para propósitos prácticos, en ingeniería se usan indistintamente los dos términos, sin embargo es importante distinguir aquellos experimentos en los que se requiere una u otra cantidad.

En algunos materiales como son los metales, la densidad es constante, es decir la relación de masa a la unidad de volumen prácticamente no cambia, esto no es lo mismo cuando se trata de agregados ya que estas partículas invariablemente presentan vacíos o porosidad interna, de manera que la relación masa-volumen variará de partícula a partícula. Puesto que es imposible que internamente se tenga la misma porosidad. La porosidad de las partículas es muy importante para el cálculo de la densidad y se debe aclarar que tanto del volumen de porosidades se va a incluir en el volumen total. En algunas aplicaciones como en la elaboración de concretos asfálticos e hidráulicos se excluye aquella porosidad que va a ser invadida por el cemento asfáltico o por la pasta de cemento hidráulico.

Una manera de excluir la porosidad entre partículas es haciendo algunos cálculos con masas obtenidas en el aire y en el agua (masa sumergida), la masa a considerar puede estar seca o puede estar saturada y superficialmente seca (sss).

A continuación se definen algunos pesos específicos útiles para los agregados gruesos.

Peso Específico Burdo = Masa seca___________ Masa sss- Masa inmersa

• El peso específico burdo no incluye los espacios entre las partículas, la masa inmersa considera al agregado en condición saturada y superficialmente seca, la masa en condición sss del denominador se obtiene con una balanza al aire, es decir se determina la masa al aire libre y con esas condiciones.

Peso Específico Saturado y Superficialmente Seco = Masa sss Masa sss - Masa inmersa

El peso específico saturado y superficialmente seco es una condición sumamente difícil de obtener de forma absoluta, y sería más ilustrativo él considerarlo como parcialmente saturado y superficialmente seco. Masa secaPeso Específico Real = Masa seca - Masa inmersa

• El valor obtenido con la fórmula anterior excluye todos los poros (tanto en las partículas como entre partículas), esta condición también es difícil de obtener, sin embargo, si se comparara el peso específico real con los pesos definidos anteriormente se podría checar que este último es el mayor de todos, y que los otros valores cambian en forma creciente, esto se debe a que en las formulas se va excluyendo cada vez más vacíos. El peso específico real se puede considerar como casi el verdadero para el agregado en cuestión, aunque esto no indica que se deba usar en todo cálculo, recuérdese que se debe emplear aquel que represente las condiciones reales de trabajo del agregado.

• Las fórmulas anteriores se basan en experimentos normalizados por la ASTM C-127, donde los agregados se someten a un período de saturación en agua por 24 horas (se considera que se alcanza a saturar hasta un 90% de la masa).

• Los pasos en el experimento involucran después del satura miento, el secado superficial y posteriormente el secado en horno. Para el caso del agregado fino ASTM C-128 se debe tener la arena en condición saturada y superficialmente seca, en el método se emplea un recipiente de vidrio de 500 ml., y una secuencia de ensayo diferente a la empleada para la grava, sin embargo los principios son los mismos y se llegan a calcular los mismos tipos de pesos específicos señalados para la grava. ABSORCIÓN

• La absorción de los agregados se obtiene generalmente después de haber sometido al material a una saturación durante 24 horas, cuando ésta termina se procede a secar superficialmente el material, y por diferencias de masa se logra obtener el porcentaje de absorción con relación a la masa seca del material. La formula para el cálculo de la absorción es la siguiente:

% Absorción = Masa sss -Masa seca Masa seca x 100

• La cantidad de agua absorbida estima la porosidad de las partículas de agregado.

• Conocer la cantidad de agua que puede ser alojada por el agregado siempre resulta de mucha utilidad, en ocasiones se emplea como un valor que se especifica para aprobar o rechazar el agregado en una cierta aplicación.

• Por ejemplo, cuando el agregado puede influir en el comportamiento del concreto para soportar heladas, se especifica un agregado con baja absorción (no mayor al 5 %), por el peligro de deterioro en el material debido al congelamiento del agua absorbida en el agregado. La fórmula de cálculo para la absorción de gravas es igualmente aplicable para las arenas.

RESISTENCIA MECÁNICA Existen aplicaciones en la construcción donde se requiere que los

agregados posean una buena resistencia para evitar el desgaste, la degradación o el deterioro causado por la abrasión.

La forma de desgaste depende de la aplicación. Por ejemplo. Se puede producir desgaste entre las partículas durante el período de construcción de las bases para carreteras, pues los agregados deben soportar el peso del equipo de construcción. Durante la producción de materiales como el concreto hidráulico o el concreto asfáltico la acción de un mezclado intenso puede llegar a fraccionar o degradar las partículas. Durante la vida útil de estructuras como los pavimentos de asfalto o de concreto, la acción del tráfico puede desgastar y deteriorar las superficies si el agregado no es lo suficientemente resistente, algo similar ocurre con los pisos y las banquetas. Otro tipo de construcciones como los vertederos de presas o los canales de irrigación donde se emplea el concreto hidráulico requieren de agregados resistentes a la abrasión, aquí el agente abrasivo es el agua misma junto con todo tipo de partículas sólidas que pudiera transportar.

• Para evaluar la resistencia de los agregados se han inventado una gran cantidad de pruebas, una de las pruebas de mayor uso y no por eso la más representativa de lo que sucede en la realidad es la prueba de Los Angeles, ASTM C-131. La prueba consiste en poner dentro de un barril metálico el agregado (grava) por probar junto con unas bolas de acero, las cuales al hacer girar el barril se levantan y caen golpeando los agregados, consecuentemente al degradarse los agregados se genera material fino. En la prueba se determina el porcentaje del material original que después de la prueba pase la malla No. 12, este porcentaje se interpreta como el porcentaje de desgaste. Entre más alto sea el porcentaje de desgaste mayor será la susceptibilidad del agregado para degradarse o romperse. En carreteras por ejemplo, no se acepta que el agregado grueso presente un desgaste mayor del 40 % para ser usado en la elaboración de carpetas asfálticas.

SANIDAD Se entiende por sanidad de los agregados a la capacidad que tienen

éstos para resistir el deterioro y la desintegración por intemperismo. Los efectos del intemperismo se traducen en cambios volumétricos como la expansión y la contracción que poco a poco van minando la resistencia de los agregados hasta que los desintegran. El intemperismo está asociado a los efectos del frío y el calor, el humedecimiento y el secado y las heladas o el congelamiento-deshielo. La norma ASTM C-88 establece un procedimiento para detectar la sanidad de los agregados, la prueba consiste en someter a un determinado peso de agregados a ciclos sucesivos de inmersión en una solución de sulfato de sodio o de magnesio por aproximadamente 18 horas combinadas con aproximadamente 6 horas de secado en horno. En cada uno de los ciclos la muestra se enfría, se criba y se calcula el porcentaje de pérdida de peso. La prueba se considera como una prueba acelerada de intemperismo, en la que artificialmente se provoca que las soluciones salinas generen cristales en las porosidades de los agregados, causando el efecto expansor que termina por desintegrar rápidamente a los agregados que no son resistentes.

MORTEROS DE CEMENTO PORTLAND

El concreto de cemento Portland se ha convertido en el material de construcción por excelencia, su elaboración consiste en una mezcla de cemento Portland, agua, arena, y grava (los dos últimos llamados también agregados fino y grueso). El concreto de cemento Portland también se conoce como concreto hidráulico, por la propiedad que tiene el cemento Portland de reaccionar con el agua de la mezcla convirtiéndose con el tiempo en una piedra artificial. El beneficio obvio de mezclar el cemento y el agua con los agregados consiste en que la pasta (cemento + agua) se encargará de unir o pegar a los agregados para constituir todos juntos una roca artificial.

ESTRUCTURA DEL CONCRETO El concreto se constituye entre 70-80% de agregados (grava y arena) en

volumen, el resto es pasta de cemento. La pasta de cemento a su vez se compone de un 30-50% de cemento en

volumen y el resto es agua. La Figura 9.1 muestra esquemáticamente la estructura del concreto. El agregado ocupa el mayor volumen del concreto, este ingrediente es

abundante en la corteza terrestre, aunque no necesariamente él más barato.

El cemento es el ingrediente más caro con el que se elabora el concreto, gran parte de los conocimientos que contiene la tecnología del concreto van encaminados hacia el uso racional de este ingrediente.

El cemento se debe emplearsólo en las cantidades adecuadas para cumplir con la resistencia y durabilidad, los excesos acarrean efectos colaterales ya sea en el estado fresco o en el estado endurecido, además de que encarece las obras.

• Los consumidores empíricos de materiales como el cemento y el acero desperdician cada año una gran cantidad de dinero en el uso excesivo (sin control) de estos dos materiales (la creencia de que más acero y más cemento dan por resultado una construcción más fuerte, ha sido y continúa siendo un gran error).

• El agua es un recurso natural cada vez más escaso y difícil de conseguir.

• El agua potable es más que suficiente para elaborar concreto.

pasta'

Figura 9.1. Estructura del Concreto Hidráulico.

• Como parte de la estructura del concreto se debe incluir el aire que se encuentre en la masa.

• El aire puede ser aquel que se produce en forma natural durante el mezclado y colocación del concreto en las cimbras, en cuyo caso se llama aire atrapado, este aire constituye hasta un 2 % en volumen, pero puede ser más, especialmente si la colocación ha sido defectuosa.

• La forma de las burbujas de aire atrapadas es irregular.• Por otro lado cuando se introduce el aire en el concreto,

por medio de un aditivo, la forma de las burbujas es esférica.

• El aire introducido se genera durante el mezclado, este tipo de aire se introduce en el concreto para protegerlo contra los efectos del intemperismo, la cantidad de aire varía entre 4 y 6 %.

CONCEPTOS BÁSICOS DE USO INMEDIATO En la gran mayoría de los casos el ingeniero requiere de

conocimientos básicos para supervisar los trabajos que se realicen con el concreto hidráulico, el propósito de esta sección es presentar algunos de estos principios fundamentales que permitirán más tarde extender los conocimientos presentando una introducción a la tecnología de este material.

• Consistencia de la Mezcla• Una vez elaborada la mezcla de concreto (más adelante se verá

cómo se proporciona y elabora una mezcla), se debe evaluar la consistencia de la misma, esta evaluación consiste en medir que tan aguada es la mezcla, si ésta consistencia es aceptable para el trabajo por realizar se prosigue, de otra manera se deben hacer correcciones antes de emplear la mezcla en la obra.

La consistencia del concreto se mide con la prueba del revenimiento.

• La prueba consiste en llenar de concreto un cono truncado, de 30 cm de altura, como el que se muestra en la Figura 9.2, el llenado se hace en 3 capas, varillando cada capa con 25 golpes de la varilla mostrada en la figura, una vez que se enrasa el cono con la misma varilla, se levanta verticalmente el molde, y se mide la diferencia de altura entre el cono de concreto abatido y la altura del molde, esta diferencia en cm se llama revenimiento del concreto.

• Algunos revenimientos considerados como normales en concretos de tipo estructural pueden variar entre 5 y 10 cm, revenimientos altos podrían ser de 10-15 cm, y revenimientos bajos podrían ser menores de 5 cm.

• El revenimiento, o lo aguado del concreto está en relación directa con el tipo de aplicación y la energía de compactación que se empleará en consolidar el concreto.

• Por ejemplo en la fabricación de durmientes de concreto para ferrocarriles se acostumbra emplear concretos con revenimiento cero, en este caso se emplea la vibro-compresión para dar forma a las piezas.

• Algunas instituciones como el ACI recomiendan los revenimientos mostrados en la Tabla 9.1 para un buen número de aplicaciones con la siguiente consideración: el revenimiento máximo se puede aumentar en 2 cm si el concreto no se consolida con vibrador.

Figura 9.2. Cono para Prueba de Revenimiento Contrastando con la Bola de Kelly.

Tabla 9.1. Revenimientos Recomendados en Diversas Obras de Concreto.

Tipo deConstrucción Revenimiento Cm.

Máximo Mínimo

Concreto reforzado en muros y 8 2zapatas

Concreto en zapatas simples, corazas y muros de cimentación

8 2

Muros y vigas de concreto 10 2reforzado

Columnas para edificios 10 2

Losas y pavimentos 8 2

Concreto masivo 5 2

El revenimiento del concreto se fija dependiendo entonces del tipo de elemento a colar y de la trabajabilidad que se requiere. Normalmente se acepta una variación en la medición del revenimiento ya sea en más o en menos, por ejemplo, la norma NMX-C-155 “Concreto hidráulico- Especificaciones”, señala las siguientes tolerancias: ± 1.5 cm si el revenimiento es menor de 5 cm, ± 2.5 cm si el revenimiento se encuentra entre 5 y 10 cm, y ± 3.5 cm si el revenimiento es mayor a 10 cm. El ingeniero debe preocuparse por entender la correlación que tiene la prueba del revenimiento con otras propiedades del concreto, ya que en muchas ocasiones tal prueba será el único recurso inmediato que se tenga para aceptar o rechazar un concreto. El criterio de calificar un concreto con base exclusivamente en la resistencia a compresión puede ocasionar problemas sin solución, ya que generalmente la verificación de la resistencia se lleva a cabo hasta los 28 días, para entonces la obra ya estará muy avanzada. Más adelante se revisarán otras pruebas que se pueden adoptar para asegurarse de que el concreto que se coloque desarrolle la resistencia esperada.

Contenido de Aire y Peso Volumétrico Otras pruebas que se pueden emplear en el control de calidad y que son muy

útiles para aceptar o rechazar el concreto fresco son el peso volumétrico (masa volumétrica) y el contenido de aire.

El peso volumétrico se expresa en kg/m3, éste parámetro sirve para verificar la uniformidad del producto, si el valor cambia mucho, esto indica que alguno o algunos de los ingredientes del concreto han cambiado en su proporción o características físicas.

En general los concretos pueden ser ligeros, de peso normal (2,000-2,400 kg/m3) y pesados.

El contenido de aire se verifica especialmente en los concretos donde intencionalmente se ha introducido aire para proteger al concreto contra el intemperismo.

El contenido de aire se puede verificar de una manera rápida con el método de presión, según la norma mexicana NMX-C-157 (ASTM C-231), en la prueba se emplea un recipiente con tapa hermética como el mostrado en la Figura 9.3.

Figura 9.3. Aparato para Medir el Contenido de Aire en el Concreto Fresco.

• El recipiente se llena en capas con el concreto fresco, varillando según se especifica, se enrasa el recipiente y se tapa, a continuación se llena con agua el volumen de la tapa hasta purgar el líquido al través de unas válvulas, posteriormente se cierran las válvulas y se bombea aire, la presión que se levanta mueve la aguja de un indicador en la tapa del recipiente, después se libera la presión y se lee el contenido de aire directamente en el indicador.

• Con esta prueba se puede verificar el peso volumétrico del concreto, basta con pesar el recipiente enrasado antes de colocar la tapa, y puesto que el volumen del recipiente es conocido resulta fácil calcular este parámetro.

Colocación del Concreto Fresco Aprobado el concreto para su colocación en las cimbras, se

debe tener mucho cuidado en la etapa constructiva, pues su colocación, compactación y curado, son muy importantes para que el concreto endurecido cumpla con todos los requisitos impuestos.

La colocación consiste en hacer llegar el concreto hasta la cimbra, la colocación debe hacerse de tal manera que el concreto fluya hasta descansar en la cimbra sin dejarlo caer o que golpee las paredes de la cimbra.

La colocación se puede hacer con la ayuda de carretillas y palas, por medio de botes, por medio de bandas transportadoras, por medio de bombeo y en muchos casos se emplean vertedores especiales que evitan la caída directa del concreto.

La colocación debe hacerse por capas, en espesores de 15 a 30 cm en concreto reforzado, con el objeto de dar tiempo a compactar bien el concreto alrededor de las varillas, en concretos con poco refuerzo las capas pueden ser hasta de 60 cm de altura.

Cada capa de concreto debe ser perfectamente compactada por medio de vibradores, la eficiencia de los vibradores depende de las características mecánicas de estos aparatos y de la manera en que el operador los trabaje. El trabajo de vibrado consiste en introducir el vibrador de manera vertical en la capa de concreto sin tocar el fondo, se debe consumir un tiempo entre 5 y 15 segundos en todo el proceso, moviéndose a otro lugar lo suficientemente cercano para que las áreas de influencia del vibrado se traslapen. El vibrador no se debe usar para empujar o tratar de acomodar el concreto. La eficiencia de los vibradores de inmersión depende de: sus dimensiones, el número de revoluciones por minuto (rpm) o frecuencia de vibración y la amplitud de vibración. De tal manera que se debe seleccionar aquel equipo que realice el mejor trabajo según el tipo de concreto a compactar.

Entre más alta es la frecuencia de vibrado, el tiempo necesario para consolidar el concreto es menor (en el proceso de consolidación o compactación se busca expulsar el exceso de aire y sin excederse en el vibrado se pretende lograr una masa de concreto homogénea y sin segregación).

Las frecuencias de vibrado comunes pueden variar entre 3,000 y 6,000 rpm.

El curado del concreto consiste en mantener el concreto recién colado en condiciones de humedad adecuadas mientras el cemento se hidrata, esto es, se pretende evitar que se pierda el agua en forma excesiva (ya sea por evaporación o por fugas en el cimbrado defectuoso), en la práctica es inevitable alguna pérdida de agua, pero generalmente se compensa porque los concretos se dosifican dé tal manera que llevan un exceso de agua necesario para lograr la consistencia de colocación adecuada.

Resulta más crítico cuidar el curado en las losas que en otros elementos estructurales, debido a que la superficie expuesta es mayor, en estos casos se acostumbra colocar después del fraguado final, una película de curado a base de jabones, ceras o materiales plásticos, la cual tienen como propósito evitar que el agua se evapore, con esto se favorece el curado del concreto. El curado también se puede hacer por medio de riegos de agua en forma constante u otros medios.

El curado se debe prolongar por el tiempo que se requiera para garantizar la resistencia deseada, en trabajos corrientes se especifica al menos siete días.

Resistencia Cuando se habla de la resistencia del concreto, generalmente

se hace referencia a la resistencia a compresión del concreto endurecido, la etapa de endurecimiento inicia con el fraguado final del concreto y prosigue en el tiempo dependiendo totalmente de las condiciones de curado del material. Normalmente la resistencia del concreto se evalúa a los 28 días, sin embargo esta evaluación se puede hacer a diferentes edades según la conveniencia de monitorear la ganancia en resistencia.

Para evaluar la resistencia del concreto se emplean cilindros de concreto de 15 cm de diámetro por 30 cm de altura, en la fabricación de los cilindros se sigue la norma NMX-C-160 y en el ensaye de los cilindros se sigue la norma NMX-C-083.

Antes de someterse los cilindros al ensaye de compresión se deben cabecear de acuerdo a la norma NMX-C-109, el cabeceo consiste en moldear regularmente con un compuesto de azufre fundido los extremos del cilindro, dejando en cada extremo una capa lo suficientemente delgada y resistente que garantice que los planos de apoyo del cilindro sean perfectamente paralelos entre ellos y a la vez perpendiculares al eje del cilindro (se acepta una desviación no mayor de 0.5°). El compuesto de azufre debe aplicarse al menos 2 horas antes del ensayo.

La Figura 9.4 muestra un cilindro y las partes que hacen contacto con él en una máquina de ensayos, a un lado del conjunto se muestran algunos croquis de las diversas formas de falla que se pueden observar en un cilindro ensayado, a un lado de los resultados del ensayo se acostumbra dibujar la forma de falla del espécimen probado. El significado de las formas de falla de acuerdo a la numeración mostrada en la Figura 9.4 se describe a continuación:1.- Este patrón se observa cuando se logra una carga de compresión

correcta sobre un espécimen bien preparado.2.- Este patrón se observa comúnmente cuando las caras de aplicación

de la carga se encuentran en el límite de tolerancia especificada o excediendo a ésta.

3.- Este patrón se observa en especímenes que presentan una superficie de carga convexa y/o por deficiencia del material de cabeceo o también por concavidad del material de cabeceo; también por concavidad del plato de cabeceo o por convexidad en una de las placas de carga.

4.- Este patrón se presenta en especímenes que tienen una de las caras de aplicación de carga en forma cóncava y/o por deficiencias del material de cabeceo o también por concavidad de una de las placas de carga.

5.- Este patrón se observa cuando se producen concentraciones de esfuerzo en puntos sobresalientes de las caras de aplicación de carga por deficiencia del material de cabeceo o rugosidades en el plato de cabeceo o en las placas de carga.

6.- Este patrón se observa en especímenes que presentan una cara de aplicación de carga convexa y/o por deficiencias del material de cabeceo o del plato del cabeceador.

Figura 9.4. Elementos de Carga en una Prueba de Compresión.

Este patrón se observa cuando las caras de aplicación de carga del espécimen se desvían ligeramente de las tolerancias de paralelismo establecido o por ligeras desviaciones al centrar el espécimen en la placa inferior de la máquina de ensayos.La resistencia obtenida del ensayo de cilindros permiten estimar la resistencia del concreto depositado en las cimbras, sin embargo de ninguna manera se debe considerar como idéntica a la resistencia que tiene el elemento estructural, el cual de entrada tiene una forma geométrica y un confinamiento diferentes. Los ensayos de compresión son muy útiles para evaluar la calidad de un concreto, permiten investigar también la influencia de un gran número de factores en esta propiedad. La resistencia a compresión del concreto es quizás una de las propiedades más estudiadas, a tal grado que se ha determinado que esta variable presenta una distribución de tipo normal. La Figura 9.5 muestra algunos elementos de la distribución normal aplicables.

Figura 9.5. El Parámetro Resistencia a la Compresión y su Distribución Normal.

• En la figura X representa la resistencia promedio cuya posición coincide con la del origen para la variable estandarizada Z, otros puntos de la variable resistencia están expresados en función de la desviación estándar (<r), ésta desviación estándar se calcula de un número de resultados lo suficientemente grande para estimar adecuadamente el parámetro poblacional.

• Las áreas bajo la curva normal indican probabilidades de ocurrencia. Cuando se diseñan las mezclas de concreto se debe ejercer un buen control de calidad sobre los factores que inciden en el comportamiento de la variable resistencia.

• Otro parámetro muy empleado en el control de calidad del concreto es el coeficiente de variación, generalmente representado por V (por facilidad se representará el parámetro como V), éste parámetro se calcula dividiendo la desviación estándar entre la resistencia promedio y se multiplica por cien, es decir, se expresa en porcentaje.

• Existen normas que permiten evaluar la calidad del concreto, por ejemplo el Comité ACI 214-77 sugiere los siguientes valores mostrados en la Tabla 9.2.

Tabla 9.2. Normas para el Control de Calidad del Concreto.

Variación Total DesviaciónEstándar para Varias Condiciones de Control

Tipo de OperaciónExcelente

Muy Buena Buena Regular Mala

Pruebas en la Construcción

< 28 28 - 35 35 - 42 42 - 49 > 49

Mezclas de Ensayo en Laboratorio

< 14 14 - 17 17 - 21 21 - 24 > 24

Variación en Grupos de Prueba Coeficiente de Variación en Porciento

Tipo de OperaciónExcelente

Muy Buena Buena Regular Mala

Control de Pruebas en Campo

< 3 3 - 4 4 - 5 5 - 6 > 6

Mezclas de Ensaye en Laboratorio

< 2 2 - 3 3 - 4 4 - 5 > 5

• Para ilustrar la aplicabilidad de estos conceptos se citarán algunas especificaciones contenidas en la NMX-C-155, “Concreto Hidráulico-Especificaciones”, norma que siguen los premezcladores (compañías que venden el concreto premezclado).

• Normalmente los premezcladores manejan dos tipos de concretos, el Clase A y el Clase B, los cuales deben cumplir con las siguientes características:

Clase A• Se acepta que no más del 20% del número de pruebas de

resistencia a compresión tengan valor inferior a la resistencia especificada f c. Se requiere un mínimo de 30 pruebas.

• No más del 1% de los promedios de 7 pruebas de resistencia a compresión consecutiva será inferior a la resistencia especificada. Además se debe cumplir con todos los promedios consecutivos de las muestras anotadas en la Tabla 9.3.

Clase B• Se acepta que no más del 10% del número de pruebas de

resistencia a la compresión tengan valores inferiores a la resistencia especificada. Se requiere un mínimo de 30 pruebas.

• No más del 1% de los promedios de 3 pruebas de resistencia a compresión consecutiva será inferior a la resistencia especificada. Además se debe cumplir con todos los promedios consecutivos de las muestras anotadas en la Tabla 9.3.

Tabla 9.3. Valores Mínimos en Pruebas de Resistencia a Compresión.

Número de Pruebas Consecutivas

Resistencia Promedio para Concreto Calidad A, kg/cm2

Resistencia Promedio para Concreto Calidad B, kg/cm2

1 f’c - 50 f’c - 352 f’c - 28 f’c - 133 f’c -17 f’c4 f’c - 11

5 f’c - 7

6 f’c - 4

7 f’c

• Se recomienda emplear concreto clase A cuando se diseñe por el método de esfuerzos de trabajo, en pavimentos y en usos generales.

• El concreto clase B se recomienda cuando se diseñe por el método de resistencia última, para concreto preesforzado y para estructuras especiales.

• Cuando el número de pruebas es menor de 30 se considera que la información es insuficiente, y según la calidad del concreto todos los promedios de pruebas consecutivas posibles de resultados obtenidos deben ser igual o mayor que las cantidades indicadas en la Tabla 9.3.

• Las plantas premezcladoras que cumplan con los requisitos de resistencia deben tener un buen control de calidad que se refleja en una desviación estándar lo suficientemente baja como para eliminar la ocurrencia de resultados excesivamente bajos.

La mayoría de las plantas premezcladoras que cumplan con la norma NMX-C-155, deben tener valores para la desviación estándar de alrededor de 25 a 40 kg/cm2 (entre menor el valor, mejor el control de calidad).

La resistencia real del concreto debe ser tal que exceda a la resistencia de proyecto f c, ¿qué tanto debe sobrepasar f c?, El exceso de resistencia a considerar en las mezclas de concreto está en función de la variabilidad esperada. El comité ACI-214 recomienda las siguientes expresiones, dependiendo si se usa la desviación estándar o el coeficiente de variación.

DOSIFICACION DEL CONCRETO La dosificación del concreto o diseño de mezclas considera los

siguientes aspectos: la relación agua- cemento (a/c), la resistencia requerida, el revenimiento, el tamaño máximo del agregado, el contenido de aire en caso de ser necesario, las condiciones de exposición del concreto y las condiciones de colocación.

Los métodos de dosificación, requieren de ajustes en las proporciones de los ingredientes hasta lograr los resultados deseados, las tablas o curvas de diseño se basan en mezclas reales donde se involucran las propiedades de los materiales empleados en la experimentación correspondiente.

Los métodos de proporcionamiento de mezclas de concreto más conocido es el recomendado por el comité ACI 211.1 “Práctica Recomendada para el Diseño de Concretos de Peso Normal, Pesado y Masivo”, el mejor es Método de la Asociación Canadiense de Cemento Portland.

El método canadiense requiere conocer: la relación agua-cemento (a/c en decimal), el tamaño máximo del agregado grueso (mm), el módulo de finura de la arena, especificar si el concreto tendrá aire introducido o no, y el revenimiento deseado (mm). El proceso de diseño se hace con base en intentos, los pasos que se acostumbra seguir son como sigue:Elegir una cantidad de cemento de cemento requerido para elaborar digamos tres cilindros de concreto, con dimensiones estándar de 15 x 30 cm. En este caso 10 Kg son suficientes.•Determinar la cantidad de agua, multiplicando la cantidad de cemento por la relación agua- cemento, por ejemplo sí la relación a/c=0.40.•agua = 10 x 0.40 = 4 Kg•Estimar la masa del agregado requerido (ver Figura 9.6), supóngase que el tamaño máximo del agregado es 20 mm, y que el concreto no tendrá aire introducido.•masa total del agregado = 8.1 x 4 = 32.4 Kg•Obtener las masas tanto de la arena como de la grava (ver Tabla 9.5), supóngase que el módulo de finura de la arena es 2.5, por lo tanto de la tabla el 35% será arena, y su complemento grava.•arena = 0.35 x 32.4 = 11.34 Kg•grava = 0.65 x 32.4 = 21.06 Kg

El método canadiense requiere conocer: la relación agua-cemento (a/c), el tamaño máximo del agregado grueso (mm), el módulo de finura de la arena, especificar si el concreto tendrá aire introducido o no, y el revenimiento deseado (mm). El proceso de diseño se hace con base en intentos, los pasos que se sigue son: Elegir una cantidad de cemento de cemento requerido para elaborar 03 cilindros de concreto, con dimensiones estándar de 15 x 30 cm. En este caso 10 Kg son suficientes.Determinar la cantidad de agua, multiplicando la cantidad de cemento por la relación agua- cemento, por ejemplo sí la relación a/c=0.40.agua = 10 x 0.40 = 4 KgEstimar la masa del agregado requerido (ver Figura 9.6), supóngase que el tamaño máximo del agregado es 20 mm, y que el concreto no tendrá aire introducido.masa total del agregado = 8.1 x 4 = 32.4 Kg.

Obtener las masas tanto de la arena como de la grava (ver Tabla 9.5), supóngase que el módulo de finura de la arena es 2.5, por lo tanto de la tabla el 35% será arena, y su complemento grava.arena = 0.35 x 32.4 = 11.34 Kggrava = 0.65 x 32.4 = 21.06 KgSe aconseja pesar un 20% más de arena y de grava para posibles ajustes, con el fin de lograr la consistencia y trabajabilidad deseadas.

concreto sin aire introducido concreto con aire introducido

Nota: Para concretos con revenimientos bajos (25-50 mm), aumentar los agregados en 8%. Para concretos de revenimientos altos, disminuir los agregados en 6%

Figura 9.6. Cantidad Aproximada de Agregado por Cantidad de Agua en un Concreto de Consistencia Media (Revenimiento de 75-100 mm).